從晶體到氣候:“黃金標準”時間線將洪水玄武岩與氣候變化聯繫起來
巨大的哥倫比亞河洪水玄武岩與古代全球變暖有何關聯
想象一下，太平洋西北部的一座巨大的火山噴發，將岩漿傾瀉到華盛頓、俄勒岡和愛達荷州。想象一下熔岩湧出來，直到河谷被填滿。直到灌木和灌木被液態岩石掩埋。直到最高的樹完全被覆蓋。
大約在1600萬年前，這發生了。岩漿以脈衝形式爆發，最終將該地區掩埋至30層樓高。如果熔岩不是集中在西北部，而是均勻地分佈在48個州，那麼它將覆蓋全國80英尺深。在此之前，大多數地質學家認為，噴發出所有的熔岩(統稱為“哥倫比亞河洪水玄武岩”)需要將近200萬年的時間。但普林斯頓大學的研究人員今天公佈的研究結果顯示，火山爆發的速度是之前認為的兩倍多，95%的火山爆發發生在75萬年之內。
幾個世紀以來，洪水玄武岩一直吸引著地質學家。作為地球上最大的火山事件，它們與大滅絕有關，比如2.52億年前地球歷史上最大的滅絕事件。1600萬年前沒有物種大滅絕，但大約在那個時候發生了一場重大的氣候事件，被稱為中新世中期氣候最適宜期(MMCO)，這是一場全球變暖事件，伴隨著高溫和大氣二氧化碳水平的升高。
噴發出液態岩石的火山也會釋放出溫室氣體，因此地質學家懷疑玄武岩洪水與MMCO全球變暖事件之間是否存在聯繫。只有一個問題:在此之前，沒有人確切知道哥倫比亞河洪水玄武岩發生的時間。
“為了回答哥倫比亞河洪水玄武岩是否導致MMCO的問題，我們需要儘可能準確地知道火山爆發的時間和氣候變化，”地球科學副教授布萊爾·舍恩(Blair Schoene)說。“簡而言之，人們不知道哥倫比亞河玄武岩群到底是什麼時候噴發的，也不知道噴發了多長時間，這使得人們很難探索與MMCO之間的因果關係，”研究生詹妮弗卡斯伯姆(Jennifer Kasbohm)說。
為了幫助解釋火山噴發的規模，卡斯玻姆將2010年冰島艾雅法拉火山噴發比作火山噴發。她說:“冰島火山噴發使歐洲機場關閉了一個星期，影響了1000萬旅客，接下來的一個月裡，航空公司定期中斷航班。”“現在想象一下，每8個月就有一次冰島火山噴發，持續75萬年，這樣就可以預測出哥倫比亞河玄武岩的噴發速度。”
研究人員在尋找鋯石，一種含有微量鈾的微小礦物。隨著時間的推移，這些天然放射性物質會衰變為鉛，因此地質學家可以利用鈾的比例來計算鋯石的確切年齡。對地質學家來說不幸的是，玄武岩熔岩流像哥倫比亞河洪水玄武岩沒有合適的化學成分來製造鋯石，所以到目前為止，地質學家不得不接受通過其他年代測定方法產生的超過100萬年不確定的年代。“要測試氣候和火山爆發之間的因果關係，100萬年是不夠的，”Schoene說。
研究人員通過觀察玄武岩層之間的火山灰層，解決了熔岩中缺乏鋯石的問題。火山灰來自附近的喀斯喀特火山(包括聖海倫斯山)，這些火山確實含有鋯石，噴發的時間與巨大的熔岩差不多。
在普林斯頓大學的實驗室裡，Kasbohm和Schoene從1600萬年前的岩石中分離出0.1毫米大小的鋯石，測量了鈾和鉛的同位素比例，並將單個熔岩流的年齡限制在幾萬年以內。她說:“對於這個年齡的樣本來說，這種精度基本上是你能用的最好的天文表——儘管一萬年前聽起來很多——所以我們的方法是黃金標準。”
“這是十年或二十年來發表的關於哥倫比亞河洪水玄武岩的最重要的論文，”華盛頓州立大學三城分校(Washington State university - tricities)地質學研究教授斯蒂芬·雷德爾(Stephen Reidel)說。“傑娜和布萊爾值得讚美的思維看鋯石火山灰流....之間的床當然，現在我們要回去重新計算所有使用舊時間線或噴發速率的東西。沒關係——這是樂趣的一部分。
Kasbohm和Schoene通過更精確的時間線證明了史前氣候的變化確實開始於火山爆發的時間，但是還需要進一步的工作來確定它們之間的聯繫。這個有1600萬年曆史的氣候變化事件是大氣中二氧化碳濃度最後一次超過百萬分之400——直到最近十年。
卡斯伯姆說:“MMCO可能與我們目前的氣候狀況類似，而進一步研究這一事件發生的時間和持續時間將會告訴我們更多關於我們如何期待地球從人為氣候變化中恢復的信息。”例如，如果在火山停止噴發後的100萬年裡氣候一直保持溫暖，就像現在看起來可能的那樣，這可能會對預測大氣對人類造成的全球變暖反應的時間產生重大影響。
“時間很重要，”卡斯玻姆說，“不管我們是在試圖瞭解地球的過去還是它的未來。用微小的礦物來講述這些體積龐大的岩石的故事是很有力量的。
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