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科学松鼠会

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什么是科学松鼠会? 我们认为,对于部分人来说,科学就像一枚枚难以开启的坚果,虽味美却不易入口。 我们希望自己能够像松鼠一样,打开科学的坚硬外壳,将有营养的果仁剥出来,让人们能够领略到科学的美妙。 我们试图让科学传播并且流行起来。

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大火成岩省——可全面摧毁地球生态系统的自然机制   

2012-12-21 00:01:29|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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本文作者:溯鹰

引论:

近年来,由玛雅神话为开端,“世界末日”相关话题在全球不同国度公众间引发了甚为热烈的讨论。今天就是那个传说中的日期——20121221日。虽然人类科学界一致认为“世界末日论”并不具有可信服的科学依据,但这并不代表现实世界不存在相关自然机制,能够带来足以毁灭(包括人类在内的)生物圈的效果。由地幔柱上涌所诱发的巨量岩浆溢出事件——大火成岩省,便是有效机制之一。有必要一提的是,该机制曾经在地球历史上真实发生过,并客观地造成了当时全球98%的生物惨遭灭绝。现阶段的地球科学并不能保证未来不具有发生该类事件的可能性。

机制描述:

在地球科学中,人们把那些在极短的地质时间内(单次喷发周期:1-5Myr [1];最大时间跨度:50Myr)、大量(>1x105 km2)喷出地表的岩浆产物称之为“大火成岩省(Large Igneous Province)”。鉴于地球历史上诸次生物大灭绝与大火成岩省的发育之间有着极为精确对应关系,人们认为该类岩浆事件是导致生物大灭绝的主要诱因之一。在距今2.5亿年前的二叠纪,全球98%的生物惨遭灭绝。该次灭绝事件是地球自有生命以来至今最大的一次灭绝事件。经过大量的研究,地球科学家们发现:在距今约2.5亿年的二叠纪末,西伯利亚地区曾发生了一次规模巨大的“大火成岩省”事件。来自诸多方面的证据表明,正是该次星球级岩浆灾难,导致了二叠纪末期发生了亘古最大的生物大灭绝。

【大火成岩省概念图。来源:bbc.co.uk】

成因机制

地球上为什么会发生如此灾难性的岩浆事件呢?这要从地球的结构说起。众所周知,地球由最内部的地核、地核之外的地幔以及最表层的地壳所组成。地幔中的软流圈,是一个储集着大量岩浆,具有全球级流动性的圈层。在地核这个热源的加热下,软流圈中会发生地幔物质的对流,并拖动着地表的板块进行全球规模的漂移。当软流圈最底部的某个部分被加得“过热”时,就会像沸水锅中上涌的水柱那样,出现一个从地核-地幔边界直接涌向地表的星球级大热柱。其内蕴含着巨量的岩浆。当该地幔热柱升至地表,必将拱破上覆的岩石圈,造成地壳产生大量裂谷。巨量的岩浆便从这些大地的裂隙中磅礴而出,大规模输出至地表,从而对地表的生物圈造成足以毁灭的灾难性影响。

那么,在大火成岩省事件中,这些岩浆具体是通过何种方式毁灭生物圈呢?科学家研究认为,岩浆的机械毁坏并不是其主要原因。二叠纪末大火成岩省的波及面积尚不能覆盖整个西伯利亚。因此,岩浆直接的作用范围实际极为有限,其本身不可能造成全球的生物灭绝。真正对生物圈造成破坏的因素在于岩浆溢出过程中所大量释放的挥发性气体。其中最重要的两种组分是二氧化碳和二氧化硫。众所周知,二氧化碳是典型的温室气体,它能够显著反射地表辐射热量,将之聚集,从而提高地球平均温度。而二氧化硫则会产生典型的冷室效应,该气体可以与空气中的水蒸气结合产生硫酸气溶胶。当大气圈中遍布硫酸气溶胶时,将显著地折射和散射外部太阳的热量,从而又导致全球接受太阳能不足而使气温整体下降。当巨量岩浆喷发时,二氧化碳和二氧化硫频繁、大量地输出大气圈,必然导致气候冷热异常,从而使生物圈紊乱化[2]。

世界末日可行性研究

根据上述现有理论,在未来,当地球自然发育(或由达到相关技术水平的人类所诱发)地幔柱时,它完全有可能在地表产生与地史同比水平相当乃至更大规模的岩浆溢出事件。其或将导致另一次生物圈全方位崩溃事件,使人类真正迎来“世界末日”。综上,人类需加强相关领域研究,以期应对此类地质灾难的方案能够早日问世。

参考文献

[1] 地质学基本时间单位,1Myr=1000000年。数据来源:S.E. Bryan and R.E. Ernst, Revise d definition of Large Igneous Provinces. <<Earth Science Reviews>>, 2008.

[2] P.B. Wignall, Large igneous province and mass extinctions. <<Earth Science Reviews>>, 2001.

本文已发表于《扭秧歌》杂志。

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