人类开发化石能源是福是祸？超级火山加速化石能源燃烧导致生物灭绝

                                    吉林大学：杨学祥，杨冬红

    火山喷发造成的化石能源燃烧加速推动地球生物灭绝

      发生在大约2.52亿年前的二叠纪-三叠纪生物大灭绝，在短短几万年的时间里，使96%的海洋生物和约70％的陆地生命从地球上永远消失。证实了巨大火成区造成温室气体大排放的理论推测（见表1）。

      当时，位于如今西伯利亚地区的古老火山喷出了大量岩浆，覆盖了相当于美国表面积三分之一甚至一半的土地，这一过程持续了大约一百万年。然而，火山爆发不是导致大灭绝的根本原因。

       据两个独立的科学家团队发布的最新研究论文，正是由于西伯利亚火山岩浆燃烧了大量地下石油和煤炭沉积物，燃烧过程中释放出二氧化碳和甲烷等温室气体，进而导致了大灭绝的发生。日本东北大学的地球化学家Kunio Kaiho团队发现两起火山爆发事件与二叠纪末陆地与海洋生物灭绝时间吻合。而苏格兰圣安德鲁斯大学生物地理化学家Hana Jurikova团队在大灭绝边界的贝壳化石中发现了海洋酸化的证据，证实了化石燃料燃烧和温室气体释放造成海洋酸化，从而导致珊瑚等海洋生物溶解死亡。

       这些研究发现进一步证实了气候变化对地球生命的影响。如果将大灭绝与如今全球变暖进行类比，大灭绝期间排放的温室气体总量远远超过人类产生的温室气体。然而，当时火山释放出二氧化碳的速度比今天人类的排放速度要慢14倍。因此，我们目前每年燃烧产生的碳量比大灭绝时期的任何时候都高得多。如果不能遏制温室气体排放，未来气候变化对生物的严重影响或许可以预见。

       英国科学家的最新研究称，在距今大约2.5亿年前，大规模火山喷发毁灭了全球的森林，使得地球到处是以树木为食的真菌。

　　这项研究证实，即便是生命力极强的树木，也未能在二叠纪物种大灭绝事件的浩劫中幸免，那也是已知地球上最具破坏性的物种灭绝事件之一。在这次灭绝事件中，超过95%的海洋生物物种和70%的陆地生物物种从地球上永远消失，它们极有可能毁灭于集中在当今西伯利亚一带的长期火山喷发喷射的有毒气体。

　　火山喷发在全球范围内形成了大量酸雨，并破坏了臭氧层，使得更多有害的紫外线到达地面。在此之前，研究人员并未发现大灭绝期间地球状况的实物证据，于是，很多人推测二叠纪的森林相对完整地幸存下来。不过，最新研究表明，地球上的森林植被那时同样遭受重创。

　　领导实施此项研究的英国伦敦帝国学院地球化学家马克·塞普敦(Mark Sephton)说：“火山喷发以后，世界可能变成一片片奇特的绿地，到处是类似石松的结构简单的植物，还有大量死去的树木。”在接下来的400万年中，地球上仍极少看到树木，但是，由于可以适应这种酸性的新环境，真菌得以幸存下来。

　　科学家在二叠纪大绝灭时期的岩层中发现的真菌孢子化石显示，一种称为Reduviasporonites的远古生物在全球范围内的生长却在那个时期达到顶峰。从此，科学家一直在争论这种已经灭绝的生物是靠光合作用为生的水藻，还是以树木为食的真菌。为了揭开这个谜底，塞普敦及其同事分析了Reduviasporonites中不同种类的碳和氮，并将结果与现代真菌进行比较。

　　他们发现，这种远古生物与以枯树为食的真菌具有相似的饮食化学结构(dietary chemistry)。Reduviasporonites真菌的大规模突然繁殖表明有大批树木在灭绝事件中死亡，为真菌提供了源源不断的美食。据塞普敦介绍，现在，地球上由真菌主导的地区位于捷克，由于焚烧大量褐煤产生的酸雨破坏了大面积林地，那里以树木为食的真菌大量繁殖。

　　塞普敦补充说，在全球范围内，人类活动“正以地质历史上前所未有的速度”改变着地球大气层的气体平衡。此外，今天物种多样性减少放映了二叠纪生物大灭绝事件的早期状况。塞普敦说：“这是严重违背自然规律的人类实验，我们只是不知道这一切将如何结束。”研究结果刊登在最新一期《地质学》(Geology)杂志上。

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-263236.html

表1  地球自转周期与地质旋回

 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-663979.html

 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-826777.html

   德干暗色岩火山爆发灭绝了包含恐龙在内的大部分生物

据Coffin和Eldholm（1993）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1-4）。

图1  巨大火成区和全球变暖

Fig 1  Large igneous provinces and global warming

图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℃^[35]。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。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。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。

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 kg的CO₂，3×10¹²kg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。120Ma前海底热幔柱喷发形成翁通爪哇海台的体积为36×10⁶km³，15 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 kg和2.1×10¹⁶ 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。

德干暗色岩（Deccan Traps）又译德干玄武岩，是个巨大火成岩区，位于印度南部的德干高原，是地表上最大型的火山地形之一。德干玄武岩由多层洪流玄武岩所构成，厚度超过2,000米，面积为50万平方公里。

德干暗色岩是在6,800万年前到6,000万年前所形成的，时间是 白垩纪末期。在6,600万年前， 西高止山脉发生了大量的火山爆发。这一连串的火山爆发持续了近三万年之久。火山爆发所喷出的气体可能是 白垩纪-第三纪灭绝事件的原因之一，该次灭绝事件灭绝了包含 恐龙在内的大部分生物。

德干暗色岩火山爆发所形成的 熔岩地形，被估计最大面积为150万平方公里，相当于现在印度的一半面积，而后经由 侵蚀作用与 大陆漂移，形成现在的大小。目前所能直接观测的熔岩面积约为51.2万平方公里。

这次火山爆发所喷出的气体，似乎与 全球暖化有关。有证据指出在希克苏鲁伯撞击事件之前的50万年内，大气温度曾上升8°C。

与西伯利亚暗色岩类似，德干暗色岩也发生在大陆，因此可以加速化石燃料燃烧和温室气体超级排放，造成恐龙灭绝重大事件。根据表1，下次超级火山爆发就在美国的黄石公园。

图3 全球巨大火成区（黑色部分）

Fig 3  Global large igneous provinces

        科学家警告美国黄石公园超级火山爆发将毁灭世界

　　科学家警告美国黄石公园超级火山爆发将毁灭世界。黄石公园地下是一座超级火山，这是都知道的事实，据报道，美国黄石公园的火山已经接近爆发边缘，非常的危险，近日，美国科学家已经发出了警告称，超级火山爆发后果不堪设想，世界有可能就此毁灭，这是真的吗?

       黄石公园是美国著名的国家公园，是美国最古老的建立时间最长的，世界上第一个国家公园，风景是世界上数一数二的，但是却存在一个致命的危险，在黄石公园的地下是一处火山，美国的黄石公园就是在210万年前火山喷发中形成的。

      黄石公园的火山喷发是有周期性的，据科学家的了解黄石地区一共发生过4次火山喷发，一次比一次厉害，近日，科学家探测到，又到了黄石公园火山爆发的阶段，科学家估计这次的火山爆发比以往的更严重，更恐怖，毁灭性更强。

　　黄石公园在火山爆发中形成，英国专家预测，黄石公园地底下的超级火山大约每隔60万年喷发一次，而自上一次喷发至今已有64万年，现已进入喷发周期。

     人类开发化石能源是福是祸？

      发生在大约2.52亿年前的二叠纪-三叠纪生物大灭绝，在短短几万年的时间里，使96%的海洋生物和约70％的陆地生命从地球上永远消失。由于西伯利亚火山岩浆燃烧了大量地下石油和煤炭沉积物，燃烧过程中释放出二氧化碳和甲烷等温室气体，进而导致了大灭绝的发生。

       与西伯利亚暗色岩类似，德干暗色岩也发生在大陆，因此可以加速化石燃料燃烧和温室气体超级排放，造成恐龙灭绝重大事件。

      人类的出现可能改变这一自然规律：化石燃料就是大陆内的火药，超级火山爆发就是导火索，人类开发化石能源，铲除了大陆内的火药，减弱或避免了下次超级火山引发的温室气体超级排放，阻止下一次生物大灭绝，变天灾为人类福祉与天人和谐，这应该是天大的好事。

      要温室气体的爆炸式超级排放，还是要温室气体缓慢式人工排放，人类必须做出正确的抉择。

参考文献

1.     杨冬红, 杨学祥. 北半球冰盖融化与北半球低温暴雪的相关性研究[J].地球物理学进展.2014, 29 (1): 610～615. YANG Dong-hong, YANG Xue-xiang. Study on the relation between ice sheets melting and low temperature in Northern Hemisphere. Progress in Geophysics. 2014, 29 (1): 610～615.

2.     杨学祥, 陈殿友. 火山活动与天文周期. 地质论评, 1999, 45(增刊): 33-42. Yang X X, Chen D Y. The Volcanoes and the Astronomical Cycles. Geological Review (in Chinese), 1999, 45(supper): 33-42.

3.    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, 2013，28（1）：58-70。 Yang D H, Yang X X. Study and model on variation of Earth’s Rotation speed. Progress in Geophysics (in Chinese), 2013, 28（1）：58-70.

4.     杨学祥，陈殿友. 地核的动力作用[J]. 地球物理学进展，1996， 11（1）： 68-74. Yang X X, Chen D Y. Action of the earth core[J]. Progress in Geophysics, 1996, 11(1): 68-74.

5.     杨学祥, 陈震, 刘淑琴等. 地球内核快速旋转的发现与全球变化的轨道效应. 地学前缘, 1997, 4(1): 187-193.Yang X X, Chen Z, Liu S Q, et al. The discovery of fast rotation of the earth’s inner core and orbital effect of global changes. Earth Science Frontiers (in Chinese), 1997, 4(1): 187-193.

6.     杨学祥, 陈殿友. 地球差异旋转动力学. 长春: 吉林大学出版社, 1998, 2, 27-33,79,120-122, 196-198.

Yang X X, Chen D Y. Geodynamics of the Earth’s differential rotation and revolution. Changchun: Jilin University Press (in Chinese), 1998, 2, 27-33, 120-122, 196-198.

7.   杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.Yang X X, Chen D Y. Study on cause of formation in Earth’s climatic changes. Progress in Geophysics (in Chinese), 2013, 28(4): 1666-1677.

8.     杨学祥, 张中信, 陈殿友, 等. 地核能量的积累与释放. 地壳形变与地震.  1996, 16(4):85-92. Yang X X, Zhang Z X, Chen D Y, et al. Energy accumulation and liberation in earth’s core (in Chinese). Crustal Deformation and Earthquake. 1996. 16(4): 85~92.

9.     杨学祥, 陈殿友. 热幔柱构造与地核热能.  地壳形变与地震. 1996, 16(1):27-36. Yang X X, Chen D Y.  Mantle plume tectonics and thermal energy of the core (in Chinese). Crustal Deformation and Earthquake. 1996. 16(1): 27~36.

10.  杨冬红, 杨学祥, 刘财. 2006. 2004年12月26日印尼地震海啸与全球低温. 地球物理学进展, 21(3): 1023~1027

Yang D H, Yang X X, Liu C. 2006. Global lowtemperature, earthquake and tsunami (Dec. 26, 2004) in Indonesia.Progress in Geophysics (in Chinese), 21(3): 1023~1072

  11. 杨冬红. 2009. 潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D][博士论文].长春:吉林大学地球探测科学与技术学院.

Yang Dong-hong. 2009. Tidal Periodicity andits Application in Disasters Prediction[D]. [Ph. D. thesis]. Changchun：College of Geo-exploration Scienceand Technology, Jilin University.

  12. 杨冬红，杨德彬，杨学祥. 2011a. 地震和潮汐对气候波动变化的影响[J]. 地球物理学报， 54（4）：926-934

Yang D H, Yang DB, Yang X X. 2011b. The influence of tides andearthquakes in global climate changes[J]. Chinese Journal of geophysics (inChinese), 54(4): 926~934

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1169084.html

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1302377.html