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科学家发现地球最大灾难的“元凶”:超级火山喷发

已有 1205 次阅读 2019-4-19 13:33 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流| 生物灭绝元凶, 超级火山喷发, 地核热能释放, 气候变化规律

科学家发现地球最大灾难的“元凶”:超级火山喷发

                杨学祥,杨冬红(吉林大学)


       关键提示:我们的研究表明,温室气体不是全球变暖的唯一原因。大规模的火山喷发不仅是温室气体增加的原因,而且是大规模地核热能释放的原因,全球变暖的热能主要来自地球内部。大规模生物灭绝是地球内部能量大规模释放的结果。


相关研究


终于确认,科学家发现地球最大灾难的“元凶”,和最初猜测一样

原创科学探一探1小时前

文/涛声依旧

终于确认,科学家发现地球最大灾难的“元凶”,和最初的猜测一样

地球经历了多次的生物大灭绝环境才得以稳定,在人类出现之后再也没有发生大的灾难,地球的环境逐渐的趋于稳定,然而科学家一直以来对于灭绝的发生原因心存疑惑,其中二叠纪大灭绝的原因一直以来更是饱受争议,这个被称为有史以来规模最大,最严重的大灭绝事件的罪魁祸首到底是什么呢?

二叠纪生物大灭绝造成了陆地和海洋当中豆粉的生物,灭绝了地球上90%的物种灭绝,96的海洋生物和70%的陆地级脊椎动物彻底的灭绝,这场持续了几百万年的灾难到底是谁干的呢?科学家目前确定了原因。

根据《自然通讯》杂志钱不急肚饿报道,中国地质大学美国辛辛那提大学地质学家门目前正是的确认了引发了那场持续了几百万年灾难的罪魁祸首,其实这个最初猜测的原因是一样的,那就是超级火山的爆发。

科学家目前在2.25亿年前的史前事物当中发现了汞这种化学物的存在,研究人员非常的好奇,这种化学物到底从而来,于是经过了一段时间的研究发现它们来自于火山爆发,火山的沉积物当中含有大量的金属物质,金属物质在高温当中不断的燃烧,之后因为水循环效应被释放当大气当中,之后进入因为雨水进入到了海洋当中。

科学家发现火山爆发的中心点就是如今的西伯利亚,也就是如今的极寒之地,在持续了数百万年的灾难当中,火山持续的爆发了几十万年,直接和间接引发的灾难让地球上的生物大部分都被灭绝了,在之后的很长一段时间里,地球通过休养生息终于恢复了过来,慢慢的开始出现其他的生物,因此大灭绝可谓是十分的可怕,不知道你们了解这段历史吗?

http://www.yidianzixun.com/article/0LmI6tNW


超级火山喷发导致全球变暖和大规模生物灭绝

已有 2997 次阅读 2015-10-3 13:32 |个人分类:学术争论|系统分类:论文交流|关键词:全球变暖,温室效应,地核热能释放,巨大火成区,地球自转| 地球自转全球变暖温室效应巨大火成区地核热能释放    推荐到群组  

   超级火山喷发导致全球变暖和大规模生物灭绝

                杨学祥,杨冬红

 

      腾讯科学讯据国外媒体报道,科学家研究发现,数百万年以前的印度地区喷发出了大量熔岩,在大约50万年的时间里,向地球表面喷发出约12275立方英里(约合512000立方公里)的岩浆。

      作者认为,有可能的是虽然陨石撞击给白垩纪的生命带来了严重的打击,但是真正的死亡打击稍后才真正来到。在形成德干地盾的火山喷发期间,长达50多万年里不断有气体排放到大气中,引起气候变化,导致地球上的大部分生命灭绝,而且陨石撞击的影响阻止了物种的反弹(陨石撞击产生的大量灰尘和气体也给气候带来的变化)。

      普林斯顿大学的科学家在2011年发表的一项研究得出了一个类似的结论,他们发现在陨石撞击后浮游生物的化石在体型和数量上都出现了缓慢的收缩,只有部分变化多样的物种得以存活。

火山喷发导致的地质构造被称作溢流玄武岩,而且地质学家们仍然在对它们进行更多的探索。尽管德干地盾可以说是最著名的,但是太平洋中有着更大的Ontong-Java(翁通爪哇)平原。科学家们认为这些大喷发的真正来源来自于地幔的深处,接近地球核心的外边缘。

我们在1999年指出,现代火山活动有明显致冷的记录。短周期的对应关系是:小冰期对应强火山活动,小气候最适期对应弱火山活动。但是,火山长周期的对应关系却是:火山活动峰值与全球无冰期对应,而谷值与大冰期对应[1]

CoffinEldholm1993)海洋考察结果,巨大火成区所显示的大陆溢流玄武岩和大洋溢流玄武岩的喷发强度与全球高温和大气CO2高浓度对应(见图1-2[2]


1  巨大火成区、生物灭绝和全球变暖

Fig 1  Large igneous provinces and global warming


2  巨大火成区的规模比例

Fig 2 The proportion of the large igneous provinces

 

120Ma前海底地幔柱喷发形成翁通爪哇海台,其释放的热量为6×1026J,海洋的质量为1.45×1024g,可使全球海水温度增高33,平均每万年海温升高0.1[1]。有证据表明,在古新世末不到6000年的时间内大洋底层水增温4以上[3]。海底火山活动引发的海温增高和CO2排放在全球气候变化中的作用不容忽视,这是白垩纪强烈火山活动、大气中高浓度CO2和异常高温一一对应的原因。

最近发现在15~20Ma前南极的夏季温度要比现在高出大约11,最高可以达到大约7。这一南极地区的“绿化”过程最高峰大致出现在中新世中期,距今大约16.4~15.7Ma。中新世中期的温暖环境被认为应当对应于400~600ppm的大气二氧化碳浓度[4]15 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩喷发是大气CO2浓度增加的原因(见图1-2)。

在过去的20年中,研究人员搜集了有关古新世—始新世(5500万年前)最热现象(PETM)的数据。在PETM期间,地球的表面温度在1万年的时间里上升了9,而这一事件的起始温度要高于地球目前的气温。地球的温度在这一较高水平上一直持续了近10万年。在PETM期间,大气中的气体浓度上升了约700 ppm(百万分之一),即从1000 ppm升至1700 ppm——这比现今的385 ppm高出了4倍之多。据估计,温室气体的大量灌入形成了这一气温峰值。然而一项新的分析结果似乎并不能完全支持这一假设。研究人员模拟了在PETM期间,大气的灵敏度增加到翻一番的二氧化碳水平——2000 ppm,地球温度会发生何种变化。最终的结果显示,这些二氧化碳最高可以使温度升高3.5。这就意味着还有一些其他的因素使地球的温度升高了5.5。这一无法解释的变暖现象使人们对究竟是什么导致了重大且快速的气候变化的认知存在着一个缺口:二氧化碳不是造成古气候峰值唯一原因[5]

事实上,5500万年前的温度峰值与北大西洋边缘的巨大火成区同时出现,后者喷出的熔岩为哥伦比亚溢流玄武岩体积的3倍多1000km3熔岩要释放1.6×1013 kgCO23×1012kg的硫和3×1010kg的卤素。一个巨大火成区的累积过程要发生上千次这样的喷发,它使现代人类造成的污染物产生的影响相形见绌[1]120Ma前海底热幔柱喷发形成翁通爪哇海台的体积为36×106km315 Ma前发生的哥伦比亚溢流玄武岩体积为1.3×106km3,释放的CO2分别为5.8×1017 kg2.1×1016 kg。图3中可以看到,巨大火成区大部分处于海洋及其边缘,喷发物被海水过滤,减少火山灰降温作用,增强温室气体增温作用。海洋被加热,释放大量温室气体,两种因素都导致气温升高。

 


全球巨大火成区

Fig 3Global large igneous provinces

 

Engel and Engel给出了6亿年以来北美火山喷发曲线(见图[6]Larson给出了1.5亿年以来全球地磁、洋壳产量、古温度、古海平面、黑色页岩的异常变化[7],与图1-2的变化趋势基本一致。


4  北美火山活动曲线(据Engel and Engel, 1964[5]

Fig. 4 The cure of volcanic activity in North Americaafter Engel and Engel, 1964[5]

 

在过去4.5亿年中地球旋转速率、地磁轴视极移、洋脊的活动、海平面和气候变化有伴随出现的现象。地球旋转加速时期主要对应了正极性时期,而旋转减慢时期主要对应了负极性时期,前者如志留纪至早泥盆纪和中生代,这阶段由于地球旋转速度加快,使地磁极具正极性、洋脊活动增强、全球性海侵和古气候变暖。自晚泥盆纪至二叠纪和新生代,是地球旋转速度减慢时期,表现为负极性为主、洋脊活动减弱、全球性海退、气候剧烈变化和出现大冰期。这些资料表明,在几亿年时间尺度上,各种地质旋回有一定程度的相关性存在,与地球自转速度变化相对应[8]

叶淑华院士指出,在距今0.65-1.4亿年前的白垩纪,地磁场突然倒转,岩浆活动非常剧烈;大气温度比现在高18左右;海平面比现在约高150;地球的自转变快;古生物大量灭绝;大气中CO2的含量十倍于现在;陨石增多[9]。在此期间,地球自转速度处于峰值。相反,437Ma的奥陶志留纪大冰期和437Ma的石炭二叠纪大冰期对应地球自转速度低谷。

巨大火成区来自核幔边界地幔柱的猛烈喷发,核幔边界地幔柱喷发的能量又来自何处?

理论模型研究和实际测量表明,地球内核自转较快,地壳和地幔自转较慢,形成地球内外圈层的差异旋转,核幔边界不仅是热交换边界,而且是圈层角动量交换的边界。最强的太阳辐射加强圈层角动量交换,使地壳和地幔自转变快,内核自转变慢,部分动能转化为热能积累在核幔边界。这是地球自转加速对应大规模地幔柱喷发的原因[1, 8-16]

化石种类数据的小波分析显示存在大约62Ma140Ma两个明显周期[17-19]。这表明地表周期与地球深部周期的一致性。这些新的结果指出,各种地质过程的一致性可能是与深部地幔的活动变化相关的。银河年280Ma周期在地球大冰期和温暖期转换周期、地球自转长期变化周期、火山喷发长周期、陆海变动周期、造山作用周期、地磁极性变化长周期都有明显的表现。280Ma周期是140Ma周期的倍数周期,是140Ma周期受控于银河年周期的证据,最可能的因素是太阳辐射强度的变化。太阳风和太阳辐射量的变化可以压缩地球磁场,增强或减弱核幔角动量交换,对核幔边界的地幔柱活动有控制作用(图4[1]


5  太阳辐射变化、核幔角动量交换和气候变化的关系

         Fig.5 Relation among solar radiation, core-mantleangular momentum and climate change

巨大火成岩省形成时释放的CO2是导致全球变暖的重要原因,但是,导致全球变暖的巨大火成岩省有多种作用,温室效应只是其中的一种。使海洋底层水增温,这是巨大火成岩省无可替代的致暖作用。巨大火成岩省的海台和洋壳产量在白垩纪是最高的,洋壳产量的最高速度为37×10km3/Ma(目前的洋壳产量为17×10km3/Ma[2, 8]对海洋温度的提高贡献最大。存储在海洋中的碳只要释放2 %,就将使大气中的CO2含量增加一倍[20]。海洋是CO2的储库。在个大气压下,海水温度从0升高为25,每克海水可释放约1 cm3体积的CO2,释放量与残留量的比值约为11。目前全球海洋溶解的CO2是大气中CO213倍,以此比例,海水升温25,大气中CO2的含量应该增加到现在的6.5倍,这表明白垩纪海洋增温释放的CO2是大气CO2浓度增高的主要来源[20-22]

我们的研究表明,温室气体不是全球变暖的唯一原因。大规模的火山喷发不仅是温室气体增加的原因,而且是大规模地核热能释放的原因,全球变暖的热能主要来自地球内部。大规模生物灭绝是地球内部能量大规模释放的结果。

在过去4.5亿年中地球旋转速率、地磁轴视极移、洋脊的活动、海平面和气候变化有伴随出现的现象。地球旋转加速时期主要对应了正极性时期,而旋转减慢时期主要对应了负极性时期,前者如志留纪至早泥盆纪和中生代,这阶段由于地球旋转速度加快,使地磁极具正极性、洋脊活动增强、全球性海侵和古气候变暖。自晚泥盆纪至二叠纪和新生代,是地球旋转速度减慢时期,表现为负极性为主、洋脊活动减弱、全球性海退、气候剧烈变化和出现大冰期。这些资料表明,在几亿年时间尺度上,各种地质旋回有一定程度的相关性存在,与地球自转速度变化相对应[8]

火山活动高峰对应全球气候变暖和地球自转加快,火山活动低谷对应全球气候变冷和对应地球自转减慢。火山喷发出大量的温室气体,与全球温暖期相对应(见表1和表2)。在全球温暖期,海洋吸收温室气体的能力伴随海温增减而消失,火山喷发出的温室气体大量积累在大气中,增强了温室效应。

近一亿年间海洋底层水冷却了摄氏15,大气冷却了10-15[52],而第四纪冰期到来之时,海洋底层水温度为0[53],目前为2。这表明全球温暖期对应海洋底层水的高温期,全球大冰期对应海洋底层水低温期,海洋底层水是地球储存冷能的仓库[23]。新洋壳生成和海底火山活动引发的海温升高和海水中CO2释放在全球气候变化中的作用不容忽视,这是人为温室效应所不能达到的,因此,这一重要作用值得深入研究。

 

表1  地球自转周期与地质旋回

Table 1  Earth’s rotation periods andgeological cycles

时间

/Ma

地球

自转

全球

气候

生物灭绝事件

 

形成物       体积/106km3

480

高峰

温暖期


北美火山活动高峰

437

低谷

大冰期


北美火山活动低谷

370

高峰

温暖期


北美火山活动高峰

280

减慢



北美火山活动减弱

248

减慢



西伯利亚暗色岩

230

低谷

大冰期


北美火山活动低谷

160

加快



三大洋底重大裂解作用

140

加快



香港超级火山

139

加快



三大洋底重大裂解作用

120

高峰

温暖期

不明显 (水下喷发)

翁通爪哇海台36

120




北美火山活动高峰

110

高峰


大规模生物灭绝

凯尔盖朗海台

97




三大洋底重大裂解作用

65



恐龙灭绝

德干暗色岩

55



陆生哺乳动物灭绝

北大西洋火山边缘

25

低谷

低温



15

加快

变暖

大规模生物灭绝

哥伦比亚河溢流玄武岩1.3

10

高峰

变暖



0

低谷

大冰期


北美火山活动低谷

 

表2  地球自转周期、地质旋回和地磁极性倒转

Table 2  Earth’s rotation periods, geological cycles andgeomagnetic polarity reverse

地质界线

新生代/现在

中生代/新生代

侏罗纪/白垩纪

古生代/中生代

石炭纪/二叠纪

下古生代/上古生代

年代/102Ma

0

 

0.65

 

1.36

 

2.25

2.80

3.45

地壳自转

减慢


加快


减慢


火山活动

喷发最弱

喷发中等

喷发最强

喷发中等

喷发最弱

喷发中等

海陆变动

大陆为主最大海退

由主要是海变为大陆

最大海侵

由主要是大陆变到海

大陆为主最大海侵

由主要是还变到大陆

气候变化

第四纪大冰期


温暖期


石炭二叠纪大冰期


陆海分布类型

大陆集中在北极


大陆分散在赤道


大陆集中在南极


造山作用

生物灭绝

第三纪大褶皱


白垩纪恐龙灭绝


石炭二叠纪大褶皱


地磁极性

反向


正向


反向


   我们的研究结论是,与中生代大规模火山喷发相比,目前的全球变暖规模微不足道,地球的真正灾难不是来自大气的二氧化碳,而是来自空间的撞击能量和地球深部的地核热能。

 

参考文献

 

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25.  杨冬红杨学祥地球自转速度变化规律的研究和计算模型地球物理学进展, 2013281):58-70

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