客观日本

东北大学证明地球史上第二次生物大灭绝由火山大喷发引起

2021年03月30日 能源环境

日本东北大学等的研究团队研究发现,地球史上第二次生物大灭绝是由大规模的火山喷发引起的。第二次大灭绝发生在动植物已经登上陆地之后的约3亿8000万~3亿6000万年前的古生代“泥盆纪晚期”,研究团队利用独立开发的方法取得了该发现,判断的决定因素为高温形成的有机分子。该团队去年秋季还利用相同的方法证明第三次大灭绝也是由火山大喷发引起的,由此,火山掌握着生物命运的地球演化过程变得更加清晰。

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泥盆纪晚期发生的大灭绝的机制(图片由东北大学名誉教授海保邦夫提供)

泥盆纪晚期的地层中含有大量的汞,所以认为火山大喷发导致生物大灭绝的观点越来越多。不过,除火山喷发外,汞还可能来自于陆地植物,所以一直缺少证明火山喷发导致大灭绝的决定性因素。

对此,东北大学的海保邦夫名誉教授(地球环境史)等人组成的研究团队于2005~2015年前后在法国、比利时和中国采集了这一时期沉积在海中的地层岩石。分析发现,除了汞之外,还含有大量的烃类化合物“蒄”。

蒄是形状独特的芳香烃,6个苯环包围着1个苯环。有机物燃烧产生蒄时,温度要达到1200度以上,超过了森林火灾的温度。海保名誉教授等人的研究表明,蒄是由高温岩浆或者天体碰撞形成的,而且仅在发生生物大灭绝年代的地层中发现了大量的蒄。

这个时代的地层中没有发现天体碰撞会产生的元素铱,地球上也不存在产生于同一时代的撞击坑,但当时东欧和西伯利亚已经存在大规模的火山。海保名誉教授等人以蒄为线索,利用自主开发的方法得出了大灭绝的原因只可能是火山大喷发的结论。

大规模火山喷发是由地球深处的高温物质上升形成的“热柱(Plume)”引起的。岩浆除了将石油、煤炭和来自植物的土壤变成蒄之外,还会产生汞。研究认为,这些物质飞散到大气中,并扩散到了世界各地。随着火山喷发而扩散的二氧化硫和二氧化碳等引起气候变化,从而导致了生物大灭绝。

泥盆纪晚期的生物大灭绝在约2000万年的时间里可以按顺序详细划分为小规模、大规模和中等规模共3次。发生大规模火山喷发时,灭绝的规模也比较大。大规模火山喷发期间,海中的无颌鱼以及像穿着盔甲一样的甲胄鱼等古代鱼灭绝,也为现代鱼类的繁衍生息开辟了道路。水边诞生了两栖动物,陆地上形成了蕨类植物森林。

研究认为,史上共发生过5次生物大灭绝。海保名誉教授等人2017年证明,在生物正式登上陆地之前的约4亿4500万~4亿4300万年前的古生代奥陶纪末期发生的第一次大灭绝是由火山大喷发引起的。2020年11月又宣布,约2亿5000万年前的古生代二叠纪末期发生的规模最大的第三次大灭绝同样是由火山大喷发引起的,这也是以蒄为线索得出的结论。另外,在恐龙灭绝的中生代白垩纪末期、即6600万年前发生的第五次大灭绝被认为是由天体碰撞引起的,这一时代的地层中也发现了蒄。

海保名誉教授表示:“第四次大灭绝(约2亿年前,中生代三叠纪末期)的原因很可能也是火山大喷发,我们正在设法证明”。研究团队由日本东北大学等的研究人员以及美国、比利时和中国的研究人员组成。相关成果已于2月20日发布在地球科学领域的国际期刊《Global and Planetary Change》的电子版上,东北大学于2月22日发布了该成果。

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泥盆纪晚期的地球形态。橙色表示大陆,淡蓝色表示大陆架,白色表示深海,红色表示板块间的碰撞带,黄色三角形表示大规模火山(图片由海保名誉教授提供。古地理图由Joachimski等人(2009年)及Earth and Planetary Science Letters期刊绘制)

【论文信息】
题目:Coronene, mercury, and biomarker data support a link between extinction magnitude and volcanic intensity in the Late Devonian
期刊:Global and Planetary Change
URL:doi.org/10.1016/j.gloplacha.2021.103452

【相关链接】
东北大学新闻发布“继二叠纪大灭绝之后发现泥盆纪大灭绝也是由大规模火山活动引起的

日语原文

日文:JST Science Portal 编辑部
中文:JST客观日本编辑部

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