一項最新研究表明，火山排放的二氧化碳導致了地球上最大的物種滅絕事件——二疊紀末大滅絕。

相關論文于美國東部時間9月6日15時發(fā)布在國際知名學術期刊《美國科學院院報》上，論文標題為《Massive and rapid predominantly volcanic CO2 emission during the end-Permian mass extinction》（二疊紀末大滅絕期間，主要來自火山的巨量迅速的二氧化碳排放），通訊作者為挪威奧斯陸大學教授Wolfram M. Kürschner、北京大學助理教授李明松、美國蒙特克萊爾州立大學助理教授崔瑩。

二疊紀末大滅絕想象圖：致命的西伯利亞熔巖流入大海，史前生命的最后一瞥  繪圖：H. Duan

“我們的研究結果顯示，導致二疊紀末生物大滅絕的原因是巨量快速的碳排放。當時的最大排放速率是每年排放約50億噸碳，僅僅是當前排放量（每年約100億噸碳）的一半。這可能導致當時地球表層系統(tǒng)被推過了臨界點——海洋的pH和溫度的極端變化導致不可逆轉的大滅絕?！?/p>

問及了解二疊紀物種滅絕原因對人類的意義，李明松對澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）記者表示，“這對當前的全球變暖和極端環(huán)境變化具有參考價值，也對碳達峰和碳中和的戰(zhàn)略具有一定的啟示意義?！?/p>

二疊紀（Permian period）是古生代的最后一個紀，開始于距今約2.99億年，共經歷4700萬年。二疊紀末大滅絕發(fā)生在2.52億年前，被認為是地球歷史上生物多樣性損失最嚴重的一次。三葉蟲、海蝎以及重要珊瑚類群全部消失，單弓類群動物和許多爬行類群也滅絕。

“過去5.4億年，地球發(fā)生了很多次生物大滅絕和復蘇事件，其中最著名的是被稱為Big Five的五次生物大滅絕。2.5億年前的二疊紀末生物大滅絕是這些事件中最慘烈的，超過90%的海洋物種和70%的陸地物種滅絕。”李明松介紹道。

李明松表示，“查明這次大滅絕發(fā)生、發(fā)展的時間進程和發(fā)生原因一直是地球科學領域的熱點研究問題。有很多研究認為西伯利亞大火成巖省的活動是導致了這次大滅絕的原因?！?/p>

二疊紀末大滅絕與西伯利亞大火成巖省(large igneous province , LIP)的爆發(fā)同時發(fā)生。大火成巖省是在較短時間內由巨量噴發(fā)的火成巖所組成的大規(guī)模巖漿區(qū)域。西伯利亞大火山巖省是地質歷史上最大規(guī)模的大火成巖省，占地600萬平方公里。

“盡管我們知道火山活動發(fā)揮了作用，但我們并沒有很好地了解哪些過程和機制導致了生物多樣性的巨大損失?！盬olfram M. Kürschner對澎湃新聞（www.loaarchitects.com.cn）記者表示，有充分證據表明，該期間海洋和陸地溫度急劇上升，可能變得致命。

“但這種全球變暖的原因尚不清楚。可能的情況是二氧化碳或甲烷直接從火山活動或通過燃燒/加熱被火山熔巖滲透的煤釋放到大氣中。然而，我們直到現在還沒有任何定量數據來準確重建其過程與機制?！盞ürschner表示。

A：晚二疊世古地理圖 B：地球系統(tǒng)模型中使用的晚二疊世古地理和古測深  圖源：論文

此項工作中，研究人員結合了沉積物樣本中保存的生物標志物同位素記錄、天文年代學和地球系統(tǒng)模型，來了解大滅絕期間二氧化碳排放的來源、速度和總量。他們利用特定化合物的碳同位素分析來確定來自陸生植物和海生藻類的有機物中碳同位素的來源，它們保存在挪威海岸芬馬克臺地采集的沉積物巖芯中。之后，再將同位素數據整合到一組地球系統(tǒng)模型中。

結果表明，二疊紀末大滅絕與二氧化碳為主的大規(guī)?？焖倥欧磐瑫r發(fā)生，導致海洋嚴重酸化，全球溫度從25°C上升到40°C。

“我們的研究表明西伯利亞大火山巖省活動導致的快速巨量的碳排放導致了全球大氣二氧化碳含量的急劇升高，引起了全球升溫和海洋酸化，同時還伴隨著海洋缺氧等一系列事件，很可能是導致這次大滅絕的原因?！崩蠲魉杀硎尽?/p>

李明松稱，此項研究最主要難點在于地質年代的標定以及地球系統(tǒng)模型模擬結果的不確定性。

“首先，由于大滅絕事件的地質記錄都是保存在沉積地層之中的，每一個數據點對應的是地層深度而非時間。如何將地層深度轉換為地質時間，以及如何將研究材料對比到全球地層標準（如中國浙江長興煤山剖面），是首先要解決的難題。我們利用古氣候變化的天文理論，識別出地層記錄的天文周期，建立了天文年代標尺，解決了這一難點?！?/p>

李明松表示，“其次，復雜的地球系統(tǒng)模型的模擬很大的不確定性。這項研究基于高分辨率的天文年代標尺，利用了碳同位素的漂移數據，反演驅動地球系統(tǒng)模型，結合指示海洋酸化程度的pH值數據，獲得了當時最可能的碳排放模式?！?/p>

“通過我們的研究，我們首次表明，釋放到大氣的大部分碳都是直接來自火山作用的巖漿脫氣?！盞ürschner表示。

論文指出，此研究仍有一些未解決的問題，未來的建模工作需要更密集的具有全球代表性的海洋和大氣碳同位素數據，并采用天文調諧年代模型，以產生更可靠的反演結果，并與當前結果進行比較。

Kürschner表示，“我們現在只有一個進一步的證據證明發(fā)生了什么。這像一個偵探故事，我們需要更多片段來更好地重建2.5億年前大規(guī)模殺戮的發(fā)生。我的意思是我們需要收集更多的地球化學數據，可以用這些數據改進我們的模型計算。”

論文鏈接為：https://doi.org/10.1073/pnas.2014701118