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澎湃新聞?dòng)浾?劉航

2021-09-07 15:00

來(lái)源：澎湃新聞

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一項(xiàng)最新研究表明，火山排放的二氧化碳導(dǎo)致了地球上最大的物種滅絕事件——二疊紀(jì)末大滅絕。

相關(guān)論文于美國(guó)東部時(shí)間9月6日15時(shí)發(fā)布在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上，論文標(biāo)題為《Massive and rapid predominantly volcanic CO2 emission during the end-Permian mass extinction》（二疊紀(jì)末大滅絕期間，主要來(lái)自火山的巨量迅速的二氧化碳排放），通訊作者為挪威奧斯陸大學(xué)教授Wolfram M. Kürschner、北京大學(xué)助理教授李明松、美國(guó)蒙特克萊爾州立大學(xué)助理教授崔瑩。

二疊紀(jì)末大滅絕想象圖：致命的西伯利亞熔巖流入大海，史前生命的最后一瞥  繪圖：H. Duan

“我們的研究結(jié)果顯示，導(dǎo)致二疊紀(jì)末生物大滅絕的原因是巨量快速的碳排放。當(dāng)時(shí)的最大排放速率是每年排放約50億噸碳，僅僅是當(dāng)前排放量（每年約100億噸碳）的一半。這可能導(dǎo)致當(dāng)時(shí)地球表層系統(tǒng)被推過(guò)了臨界點(diǎn)——海洋的pH和溫度的極端變化導(dǎo)致不可逆轉(zhuǎn)的大滅絕。”

問(wèn)及了解二疊紀(jì)物種滅絕原因?qū)θ祟惖囊饬x，李明松對(duì)澎湃新聞（www.kxwhcb.com）記者表示，“這對(duì)當(dāng)前的全球變暖和極端環(huán)境變化具有參考價(jià)值，也對(duì)碳達(dá)峰和碳中和的戰(zhàn)略具有一定的啟示意義。”

二疊紀(jì)（Permian period）是古生代的最后一個(gè)紀(jì)，開始于距今約2.99億年，共經(jīng)歷4700萬(wàn)年。二疊紀(jì)末大滅絕發(fā)生在2.52億年前，被認(rèn)為是地球歷史上生物多樣性損失最嚴(yán)重的一次。三葉蟲、海蝎以及重要珊瑚類群全部消失，單弓類群動(dòng)物和許多爬行類群也滅絕。

“過(guò)去5.4億年，地球發(fā)生了很多次生物大滅絕和復(fù)蘇事件，其中最著名的是被稱為Big Five的五次生物大滅絕。2.5億年前的二疊紀(jì)末生物大滅絕是這些事件中最慘烈的，超過(guò)90%的海洋物種和70%的陸地物種滅絕。”李明松介紹道。

李明松表示，“查明這次大滅絕發(fā)生、發(fā)展的時(shí)間進(jìn)程和發(fā)生原因一直是地球科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究問(wèn)題。有很多研究認(rèn)為西伯利亞大火成巖省的活動(dòng)是導(dǎo)致了這次大滅絕的原因。”

二疊紀(jì)末大滅絕與西伯利亞大火成巖省(large igneous province , LIP)的爆發(fā)同時(shí)發(fā)生。大火成巖省是在較短時(shí)間內(nèi)由巨量噴發(fā)的火成巖所組成的大規(guī)模巖漿區(qū)域。西伯利亞大火山巖省是地質(zhì)歷史上最大規(guī)模的大火成巖省，占地600萬(wàn)平方公里。

“盡管我們知道火山活動(dòng)發(fā)揮了作用，但我們并沒有很好地了解哪些過(guò)程和機(jī)制導(dǎo)致了生物多樣性的巨大損失。”Wolfram M. Kürschner對(duì)澎湃新聞（www.kxwhcb.com）記者表示，有充分證據(jù)表明，該期間海洋和陸地溫度急劇上升，可能變得致命。

“但這種全球變暖的原因尚不清楚。可能的情況是二氧化碳或甲烷直接從火山活動(dòng)或通過(guò)燃燒/加熱被火山熔巖滲透的煤釋放到大氣中。然而，我們直到現(xiàn)在還沒有任何定量數(shù)據(jù)來(lái)準(zhǔn)確重建其過(guò)程與機(jī)制。”Kürschner表示。

A：晚二疊世古地理圖 B：地球系統(tǒng)模型中使用的晚二疊世古地理和古測(cè)深  圖源：論文

此項(xiàng)工作中，研究人員結(jié)合了沉積物樣本中保存的生物標(biāo)志物同位素記錄、天文年代學(xué)和地球系統(tǒng)模型，來(lái)了解大滅絕期間二氧化碳排放的來(lái)源、速度和總量。他們利用特定化合物的碳同位素分析來(lái)確定來(lái)自陸生植物和海生藻類的有機(jī)物中碳同位素的來(lái)源，它們保存在挪威海岸芬馬克臺(tái)地采集的沉積物巖芯中。之后，再將同位素?cái)?shù)據(jù)整合到一組地球系統(tǒng)模型中。

結(jié)果表明，二疊紀(jì)末大滅絕與二氧化碳為主的大規(guī)模快速排放同時(shí)發(fā)生，導(dǎo)致海洋嚴(yán)重酸化，全球溫度從25°C上升到40°C。

“我們的研究表明西伯利亞大火山巖省活動(dòng)導(dǎo)致的快速巨量的碳排放導(dǎo)致了全球大氣二氧化碳含量的急劇升高，引起了全球升溫和海洋酸化，同時(shí)還伴隨著海洋缺氧等一系列事件，很可能是導(dǎo)致這次大滅絕的原因。”李明松表示。

李明松稱，此項(xiàng)研究最主要難點(diǎn)在于地質(zhì)年代的標(biāo)定以及地球系統(tǒng)模型模擬結(jié)果的不確定性。

“首先，由于大滅絕事件的地質(zhì)記錄都是保存在沉積地層之中的，每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是地層深度而非時(shí)間。如何將地層深度轉(zhuǎn)換為地質(zhì)時(shí)間，以及如何將研究材料對(duì)比到全球地層標(biāo)準(zhǔn)（如中國(guó)浙江長(zhǎng)興煤山剖面），是首先要解決的難題。我們利用古氣候變化的天文理論，識(shí)別出地層記錄的天文周期，建立了天文年代標(biāo)尺，解決了這一難點(diǎn)。”

李明松表示，“其次，復(fù)雜的地球系統(tǒng)模型的模擬很大的不確定性。這項(xiàng)研究基于高分辨率的天文年代標(biāo)尺，利用了碳同位素的漂移數(shù)據(jù)，反演驅(qū)動(dòng)地球系統(tǒng)模型，結(jié)合指示海洋酸化程度的pH值數(shù)據(jù)，獲得了當(dāng)時(shí)最可能的碳排放模式。”

“通過(guò)我們的研究，我們首次表明，釋放到大氣的大部分碳都是直接來(lái)自火山作用的巖漿脫氣。”Kürschner表示。

論文指出，此研究仍有一些未解決的問(wèn)題，未來(lái)的建模工作需要更密集的具有全球代表性的海洋和大氣碳同位素?cái)?shù)據(jù)，并采用天文調(diào)諧年代模型，以產(chǎn)生更可靠的反演結(jié)果，并與當(dāng)前結(jié)果進(jìn)行比較。

Kürschner表示，“我們現(xiàn)在只有一個(gè)進(jìn)一步的證據(jù)證明發(fā)生了什么。這像一個(gè)偵探故事，我們需要更多片段來(lái)更好地重建2.5億年前大規(guī)模殺戮的發(fā)生。我的意思是我們需要收集更多的地球化學(xué)數(shù)據(jù)，可以用這些數(shù)據(jù)改進(jìn)我們的模型計(jì)算。”

論文鏈接為：https://doi.org/10.1073/pnas.2014701118

責(zé)任編輯：李躍群

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