火山大噴發，生物大滅絕

來源 弗吉尼亞理工

翻譯 訪冬

審校 劉小鷗

圖像顯示太平洋大火成岩省，弗吉尼亞理工大學地球科學家在此開展研究。紅色區域是 Esteban Gazel 及其團隊所到訪的區域。黃色範圍內為寬度近 2000 英里（近 3000 千米）的整個太平洋大型橫波低速帶（Pacific Large Low Shear Velocity Province, LLSVP）。

弗吉尼亞理工大學的科學家研究證實，大火成岩省形成的一個主要特徵是——世界範圍的大量火山爆發，這些噴發產生了大量熔岩，引起世界範圍的環境災難並造成 1 億 7 千萬年到 9 千萬年前的生物大滅絕。該文章近期發表於《自然通訊》（Nature Communications）。

這一新研究主要由弗吉尼亞大學的助理教授 Esteban Gazel 及其校友、現任哥斯大黎加大學助理教授 Pilar Madrigal 女士開展。

「我們證實了當前一個假設：為了產生如此大量的火山爆發，需要來自地幔深處的岩漿上涌，並與淺層結構相互作用，如同洋中脊，使得大量的熔岩能夠流出。」

「我們的工作還顯示，地幔深部高溫物質上涌並形成大火成岩省的現象，可能以 1 千萬到 2 千萬年的頻率脈衝式發生。這種周期性循環的線索非常有趣，可能說明地幔深部的不穩定時常發生並超出我們的理解範圍，這也可能與核幔相互作用有關。」

之前該假說還停留在數值和動力學模擬階段，直到 Gazel 和 Madrigal 應用地球化學和岩石學模型對地球動力學線索進行獨立評估。他們想要找到一種良好的相關性，顯示這種相互作用是形成大火成岩省的關鍵因素。大火成岩省是由火山岩和入侵岩構成的大型火成岩構造，形成於岩漿的快速生長。大火成岩省分布於毗鄰西伯利亞、非洲、印度的洋盆及北美和南美的東海岸。在本研究中，Gazel 和 Madrigal 主要關注太平洋區域。

研究的帶頭人 Gazel 說，這些火成岩省的形成與地球歷史上最具災難性的事件相關。這些事件的地質記錄包含理解地幔內部動力學的重要信息。但是，每發生一次，地球的生物圈就被徹底改變。

Gazel 和 Madrigal 研究了中生代太平洋板塊的地球化學構成和大火成岩省形成時間，時間跨度為 1 億 7 千萬到 9 千萬年前。他們對哥斯大黎加太平洋沿岸暴露出的水底熔岩流進行取樣。這些熔岩在太平洋底形成並被構造過程帶到地表。

Gazel說，野外工作很刺激，能夠看到地表暴露出的水下岩層。採樣工作包括乘坐小船航行、游泳到暴露部分以及沿海岸線徒步。

哥斯大黎加尼科亞半島海岸沿線暴露在外的水下熔岩流。本研究中取樣地之一，Esteban Gazel 曾在幼年時期的夏季旅行中到此不止一游。

Gazel 對這一地區非常了解。他在哥斯大黎加尼科亞半島曾度過了好幾個夏天。他說：「我跟這些石頭相識很久了。我小的時候夏天經常來這裡玩，還曾經困在這些枕狀玄武岩上。」

在與紐約布魯克林大學助理教授 Kennet Flores 合作之下，團隊建立了一系列動態模型，用來計算白堊紀時期太平洋地區的古構造結構。

研究還包括了與南卡羅萊納大學和威斯康辛大學的研究人員分別合作獲取的同位素和年代測定數據。

研究結果顯示了這些大火成岩省及古洋中脊（洋殼以穩態發展形成處）位置的噴發與地球深部核幔邊界的太平洋大型橫波低速帶（位於東澳大利亞和南美洲西海岸間寬近 3000 千米的一片的熱化學異常區）邊緣之間的關係。

新發現還表明了深處的高溫地幔上涌流和洋中脊間的相互作用或許為大火成岩省的形成提供了可能。

Added Gazel 說：「這是個非常重要的突破，我們能更好地解釋為什麼這些區域如此巨大。也就是說，1 億 2 千萬年前發生的脈衝式岩漿上涌形成了翁通爪哇、馬尼希基及希庫朗伊大火成岩省，在極短時間內覆蓋了相當於美國大陸 40% 的面積。」

這些岩漿省大部分形成於約 1 億 2 千萬到 8 千萬年前，即白堊紀超靜磁帶（CNS）期間。當時地核磁極在幾百萬年間沒有倒轉，很可能是由於核幔熱通量波動。

他介紹到，歷史上還有多次滅絕級別的大事件，比如 3 億年前那一次大滅絕幾乎掃蕩了全球的所有生物，其緣起於另一個大火成岩省——西伯利亞暗色岩的大噴發。

Gazel 還提到，對這些過程的理解不只對解開地球深處的謎題很重要，而且有利於更好地理解地球上生命面對災難時的脆弱和堅強。

文章來源：http://phys.org/news/2016-11-explore-gigantic-volcanic-eruptions-mass.html

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論文基本信息

【題目】Record of massive upwellings from the Pacific large low shear velocity province

【作者】Pilar Madrigal, Esteban Gazel, Kennet E. Flores, Michael Bizimis & Brian Jicha

【期刊】Nature Communications

【日期】2016-NOV-8

【DOI】doi:10.1038/ncomms13309

【摘要】Large igneous provinces, as the surface expression of deep mantle processes, play a key role in the evolution of the planet. Here we analyse the geochemical record and timing of the Pacific Ocean Large Igneous Provinces and preserved accreted terranes to reconstruct the history of pulses of mantle plume upwellings and their relation with a deep-rooted source like the Pacific large low-shear velocity Province during the Mid-Jurassic to Upper Cretaceous. Petrological modelling and geochemical data suggest the need of interaction between these deep-rooted upwellings and mid-ocean ridges in pulses separated by ～10–20?Ma, to generate the massive volumes of melt preserved today as oceanic plateaus. These pulses impacted the marine biota resulting in episodes of anoxia and mass extinctions shortly after their eruption.

【鏈接】http://www.nature.com/articles/ncomms13309