研究證實(shí)德干地盾火山活動(dòng)觸發(fā)物種大滅絕
印度西部德干地盾堅(jiān)硬的熔巖流可能是恐龍滅絕的原因之一。
文章來源：中國科學(xué)報(bào)
圖片來源：GERTA KELLER
作者：《中國科學(xué)報(bào)》記者 唐鳳
誰殺死了恐龍？自從幾十年前科學(xué)家在墨西哥灣發(fā)現(xiàn)一個(gè)巨大的隕石坑以來，答案似乎很簡單：6600萬年前，一顆巨大的小行星撞擊地球，引發(fā)了巨大的海嘯，同時(shí)塵埃遮住了太陽，導(dǎo)致全球氣溫驟降。
但這顆小行星并不是當(dāng)時(shí)唯一“造訪”地球的災(zāi)難。在今天的印度，當(dāng)時(shí)有數(shù)不清的火山裂縫在地下裂開，釋放出大量巖漿。在100萬年里，這些火山噴發(fā)產(chǎn)生的溫室氣體可能會(huì)提高全球氣溫，破壞海洋，使生命在小行星撞擊地球之前就已處于危險(xiǎn)狀態(tài)。
然而，這個(gè)被稱為德干地盾的區(qū)域發(fā)生火山噴發(fā)的時(shí)間仍不確定?？茖W(xué)家就其在地球上60%的動(dòng)植物物種（包括大多數(shù)恐龍）滅絕過程中發(fā)揮了多大作用存在爭議。
德干大火成巖省
近日，在兩個(gè)獨(dú)立研究中，研究人員使用不同的高精度測年方法，試圖找出是什么導(dǎo)致了生命大量消亡事件。這兩項(xiàng)研究都承認(rèn)，德干地盾的火山活動(dòng)（而非單由小行星的撞擊）在物種大滅絕事件中發(fā)揮著作用，但兩項(xiàng)研究在強(qiáng)調(diào)火山活動(dòng)觸發(fā)力上存在分歧。相關(guān)論文近日刊登于《科學(xué)》。
“這兩項(xiàng)研究是在世界一流的地質(zhì)年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，雖然其使用不同的技術(shù)確定德干地盾巖漿活動(dòng)的記錄日期，但得到了非常相似的結(jié)果。這些研究表明，在引發(fā)白堊紀(jì)—古近紀(jì)滅絕的原因中，既包括小行星沖擊，也包括大型火山噴發(fā)?！蔽磪⑴c這些研究的美國地質(zhì)調(diào)查局的Seth Burgess告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“總的來說，這兩種方法都比先前所用的方法更精確且有其獨(dú)特的價(jià)值?！?/p>
再見，恐龍先生
地球的生物史存在著5次物種大滅絕事件。其中最著名的便是發(fā)生在白堊紀(jì)末期的物種大滅絕，它導(dǎo)致了非鳥類恐龍?jiān)诘厍蛏祥L期統(tǒng)治的結(jié)束。
然而，是什么觸發(fā)了白堊紀(jì)—古近紀(jì)物種大滅絕（究竟是一顆小行星的撞擊或是德干地盾火山持續(xù)數(shù)千年的大規(guī)模爆發(fā)，或兩者兼有）仍然存在爭議。更好地了解德干地盾火山爆發(fā)時(shí)間，尤其是與?？颂K魯伯小行星撞擊進(jìn)行比較，有助于解決這一爭議。
火山作用的增強(qiáng)與小行星撞擊是兩個(gè)十分著名的恐龍滅絕理論的學(xué)說。（圖片來源：Northeast Today）
理解這一重大的驅(qū)動(dòng)氣候變化的物種滅絕事件的研究也為了解當(dāng)前人類驅(qū)動(dòng)的氣候變化提供信息。
“白堊紀(jì)—古近紀(jì)物種滅絕抓住了公眾的想象力，因?yàn)樗婕懊匀说木扌蛣?dòng)物（恐龍）的滅絕，而且，它迫使人類思考自己的死亡。”其中一篇論文的通訊作者、美國普林斯頓大學(xué)地質(zhì)年代學(xué)家Blair Schoene告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“我們現(xiàn)在正面臨著所謂的‘第六次大滅絕’，因此，了解過去的滅絕事件，對于我們理解當(dāng)前災(zāi)難性的氣候變化、生態(tài)系統(tǒng)破壞和潛在的大規(guī)模滅絕的可能性至關(guān)重要?！?/p>
之前的研究曾試圖確定德干地盾火山爆發(fā)的時(shí)間和影響，特別是與希克蘇魯伯撞擊時(shí)間相比照，但大多沒有結(jié)果。英國利物浦大學(xué)地質(zhì)年表學(xué)家Courtney Sprain表示，以前的研究無法確定德干地盾內(nèi)的白堊紀(jì)—古近紀(jì)界線。部分原因是技術(shù)精度低，而且采樣不完整?！昂迷诘刭|(zhì)年代學(xué)和相關(guān)技術(shù)也在不斷改進(jìn)，因此我們的工作受益于過去幾十年的經(jīng)驗(yàn)。”Sprain說。
目前，已有證據(jù)表明，在小行星來訪之前，地球的氣候一直在變化。在碰撞前約40萬年，地球逐漸變暖約5攝氏度，只是在大滅絕前溫度驟降。一些人認(rèn)為德干地盾可能是造成全球變暖的原因，這表明80%的熔巖是在?？颂K魯伯撞擊之前噴發(fā)的。
火山噴發(fā)頻率（A）以及古海洋模擬溫度（B），可見大滅絕事件之前和之后均發(fā)生了強(qiáng)烈的火山噴發(fā)周期，海水溫度在滅絕前變暖并驟降（圖片來源：Schoene et al., 2019）。
尋找火山活動(dòng)時(shí)間
但是新研究反駁了舊觀點(diǎn)。其中Sprain及同事對冷卻熔巖形成的玄武巖進(jìn)行了取樣。他們使用氬—?dú)迥甏鷾y定法，測定了玄武巖的形成年代，從而直接判斷火山噴發(fā)的時(shí)間。
Sprain團(tuán)隊(duì)的測年結(jié)果表明，火山噴發(fā)在撞擊之前40萬年就開始了，并在撞擊之后開始加速，在小行星撞擊后的60萬年中釋放了德干熔巖中的大多數(shù)（75%）。如果德干地盾引發(fā)了全球變暖，那么它們的二氧化碳排放量必須在熔巖流真正形成之前就出現(xiàn)了。研究人員表示，這減少了巖漿活動(dòng)作為物種滅絕主要觸發(fā)因子的責(zé)任。
印度德干地盾火山巖分布以及最新定年數(shù)據(jù)（圖片來源：Sprainet al., 2019）
第二項(xiàng)研究使用了一種不同的方法確定火山噴發(fā)的時(shí)間。Schoene領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組，研究了夾在玄武巖層之間的鋯石晶體。
鋯石通常是在冷卻的巖漿內(nèi)形成的礦物，其所含的鈾的放射性同位素會(huì)在該礦物結(jié)晶后立刻衰變，并緩慢但穩(wěn)定地以已知的速率轉(zhuǎn)變成為鉛的同位素。因此，這兩種同位素目前在某個(gè)鋯石內(nèi)的比例可被用來決定其年代，且年代的不確定性可低至±4萬年。
于是，研究人員用鈾—鉛測年法，檢測了鋯石個(gè)體結(jié)晶內(nèi)的鈾—鉛同位素比。結(jié)果表明，德干地盾發(fā)生了4次高容量噴發(fā)事件，每一次持續(xù)時(shí)間約為10萬年，并向環(huán)境釋放了巨量的巖漿和改變氣候的溫室氣體。這些噴發(fā)事件開始的時(shí)間比?？颂K魯伯撞擊的時(shí)間早幾萬年。而德干噴發(fā)時(shí)釋放到大氣中的甲烷、二氧化碳和二氧化硫顯著改變了地球的氣候和環(huán)境，并在?？颂K魯伯到達(dá)很久之前就觸發(fā)了大規(guī)模的物種滅絕。
然而鋯石十分罕見，Schoene表示，從巖石中篩選出鋯石是一項(xiàng)耗時(shí)數(shù)年的工作。
求同存異
Schoene說，盡管這兩項(xiàng)研究存在不同，但在德干火山爆發(fā)的總體時(shí)間上基本一致?！叭绻麑Ρ葍身?xiàng)研究的數(shù)據(jù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)幾乎完全一致?！?/p>
堪薩斯大學(xué)勞倫斯分校地球化學(xué)家Noah McLean說，這場比賽代表著一場勝利。幾十年來，許多地質(zhì)年代學(xué)技術(shù)計(jì)算出來的年代無法一一對應(yīng)。但McLean說，改進(jìn)的技術(shù)和校準(zhǔn)，“幫助我們走出百萬年的不確定性，得到精密的年表”。
解開恐龍滅亡之謎不僅僅是一個(gè)學(xué)術(shù)問題。Sprain說，了解火山噴發(fā)向大氣中注入的二氧化碳是如何改變地球的，不僅對揭開恐龍滅絕之謎至關(guān)重要，對研究也很重要?！斑@是距離我們最近的一次大規(guī)模滅絕?！盨prain說，梳理行星撞擊和德干地盾的作用，可能有助于人們弄清前進(jìn)方向。
但Burgess表示，為了確定哪一組的解釋更準(zhǔn)確，人們需要更好的年代?！斑@兩項(xiàng)研究非常令人興奮，因?yàn)樗鼈兲崾镜纳餃缃^知識比我們以前所知道的要多，也告訴我們還有很多東西要學(xué)，并產(chǎn)生了新的問題?！彼f。
Burgess告訴《中國科學(xué)報(bào)》：“新問題是廣泛的，但我認(rèn)為其中最令人興奮的幾個(gè)問題是：如果行星撞擊和火山噴發(fā)共同觸發(fā)了大規(guī)模滅絕，我們能確定哪個(gè)觸發(fā)對地球系統(tǒng)的特定部分更致命嗎？它們的一致行動(dòng)是否會(huì)讓其變得更加致命？是否是一個(gè)對生物圈施加壓力，另一個(gè)把生物圈推向臨界點(diǎn)？為了回答這些問題，我們需要更準(zhǔn)確的化石滅絕記錄、撞擊者到達(dá)記錄以及德干地盾巖漿活動(dòng)的時(shí)間?！?/p>
