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促成「大規模滅絕之母」西伯利亞火山大爆發 影響全球氣候、二氧化碳急速上升

2018/6/6 — 15:34

資料圖片

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2.52 億年前發生的二疊紀 — 三疊紀滅絕事件 (Permian-Triassic extinction event) 引致至少九成海洋生物滅亡、及七成以上陸上生物滅絕,也是地球唯一一次造成昆蟲大量滅絕的事件。事後,全球生態花了數百萬年才完全恢復,比其他大型滅絕事件的恢復時間更長久,所以事件被學者稱為「大死亡 (The Great Dying) 」或「大規模滅絕之母 (Mother of all mass extinctions) 」。

大死亡的成因眾說紛紜,有學者指現時的西伯利亞火山大爆發是其中一個成因,當時火山噴出的熔岩覆議了大面積的西伯利亞地區,形成西伯利亞暗色岩並釋出大量二氧化碳 (CO2) ;在爆發過後,暗色岩則透過風化及侵蝕作用,從大氣中「回收」 CO2 ,扮演著重要的地球氣溫調控角色。

悉尼大學地球科學博士生 Louis Johansson 的研究團隊,以電腦模型模擬 4 億年來全球其他如西伯利亞暗色岩的大型火成岩區 (Large Igneous Provinces, LIPs) 爆發及地殻板塊飄移,再對比 LIP 爆發時間與風化速度,以及大氣 CO2 濃度的變化,了解 LIPs 活動對地球氣溫的影響。研究現已刊於 Geophysical Research Letters

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LIPs 能吸收大量 CO2 ,是因為玄武岩熔岩含充滿矽酸鹽的岩石,特別容易受到風化作用影響。當水氣從有大量 CO2 的大氣中形成雨水時,會溶解氣體並形成酸雨。弱酸性雨水與 LIPs 中的矽酸鹽礦物出現化學反應,變成碳酸沉積物;和暖而多雨的環境亦會加速侵蝕過程,所以赤道附近地區的 LIPs ,會出現更多侵蝕。

一直以來,學者都有分析個別 LIP 如何即時或短期影響氣候,但 LIPs 的長期與全球性影響則未有被研究。

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團隊以小波分析 (wavelet analysis) 的方式,減少對比出現的偏差,最終發現 2.51 億年來地球大氣濃度曾出現多次波幅,而這些波幅與 LIPs 爆發的 CO2 排放,以及侵蝕時的 CO2 吸收有關,顯示這些玄武岩地質對調控地球溫度起重要作用。

有份參與研究的悉尼大學學者 Sabin Zahirovic 指 2 億年前,盤古大陸 (Pangaea) 正在分裂,大西洋也逐步形成,中大西洋火成岩區 (Central Atlantic Magmatic Province) 湧出了大量熔岩。從大氣 CO2 濃度記錄顯示,當時有大量 CO2 進入大氣之中,但由於該火成岩區有大量時間逗留在近赤道地區,其岩石侵蝕速度相當快,之後大氣 CO2 濃度已急速減少。

LIPs 的爆發與侵蝕只是地球碳循環的其中一環; LIPs 的影響可能對其他地質變化過程亦只有次要影響。團隊又指出,他們的模型未有包括海底爆發的 LIPs ,因為這些玄武岩傾向會回到地幔之中,難以作出分析。

團隊現時正在研究板塊漂移對全球碳循環有否其他影響,另一方面他們亦正在整輯蛇綠岩這種海洋地殻的全球數據庫,蛇綠岩是海底玄武岩地質在板塊漂移時,從海中湧至大陸架上的岩石。與 LIPs 一樣,蛇綠岩同樣會從大氣吸收 CO2 ,對地球恒溫起一定影響。

來源:
Phys.org, Large igneous provinces contribute to ups and downs in atmospheric carbon dioxide, 5 June 2018

報告:
Johansson, L., Zahirovic, S., & Müller, R. D. (2018). The interplay between the eruption and weathering of Large Igneous Provinces and the deep‐time carbon cycle. Geophysical Research Letters, 45. DOI: 10.1029/2017GL076691

文/Alan Chiu 、審核/Edward Ho

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