巨大的哥伦比亚河洪水玄武岩与古代全球变暖有何关联

从晶体到气候:“黄金标准”时间线将洪水玄武岩与气候变化联系起来

巨大的哥伦比亚河洪水玄武岩与古代全球变暖有何关联

想象一下，太平洋西北部的一座巨大的火山喷发，将岩浆倾泻到华盛顿、俄勒冈和爱达荷州。想象一下熔岩涌出来，直到河谷被填满。直到灌木和灌木被液态岩石掩埋。直到最高的树完全被覆盖。

大约在1600万年前，这发生了。岩浆以脉冲形式爆发，最终将该地区掩埋至30层楼高。如果熔岩不是集中在西北部，而是均匀地分布在48个州，那么它将覆盖全国80英尺深。在此之前，大多数地质学家认为，喷发出所有的熔岩(统称为“哥伦比亚河洪水玄武岩”)需要将近200万年的时间。但普林斯顿大学的研究人员今天公布的研究结果显示，火山爆发的速度是之前认为的两倍多，95%的火山爆发发生在75万年之内。

几个世纪以来，洪水玄武岩一直吸引着地质学家。作为地球上最大的火山事件，它们与大灭绝有关，比如2.52亿年前地球历史上最大的灭绝事件。1600万年前没有物种大灭绝，但大约在那个时候发生了一场重大的气候事件，被称为中新世中期气候最适宜期(MMCO)，这是一场全球变暖事件，伴随着高温和大气二氧化碳水平的升高。

喷发出液态岩石的火山也会释放出温室气体，因此地质学家怀疑玄武岩洪水与MMCO全球变暖事件之间是否存在联系。只有一个问题:在此之前，没有人确切知道哥伦比亚河洪水玄武岩发生的时间。

“为了回答哥伦比亚河洪水玄武岩是否导致MMCO的问题，我们需要尽可能准确地知道火山爆发的时间和气候变化，”地球科学副教授布莱尔·舍恩(Blair Schoene)说。“简而言之，人们不知道哥伦比亚河玄武岩群到底是什么时候喷发的，也不知道喷发了多长时间，这使得人们很难探索与MMCO之间的因果关系，”研究生詹妮弗卡斯伯姆(Jennifer Kasbohm)说。

为了帮助解释火山喷发的规模，卡斯玻姆将2010年冰岛艾雅法拉火山喷发比作火山喷发。她说:“冰岛火山喷发使欧洲机场关闭了一个星期，影响了1000万旅客，接下来的一个月里，航空公司定期中断航班。”“现在想象一下，每8个月就有一次冰岛火山喷发，持续75万年，这样就可以预测出哥伦比亚河玄武岩的喷发速度。”

研究人员在寻找锆石，一种含有微量铀的微小矿物。随着时间的推移，这些天然放射性物质会衰变为铅，因此地质学家可以利用铀的比例来计算锆石的确切年龄。对地质学家来说不幸的是，玄武岩熔岩流像哥伦比亚河洪水玄武岩没有合适的化学成分来制造锆石，所以到目前为止，地质学家不得不接受通过其他年代测定方法产生的超过100万年不确定的年代。“要测试气候和火山爆发之间的因果关系，100万年是不够的，”Schoene说。

研究人员通过观察玄武岩层之间的火山灰层，解决了熔岩中缺乏锆石的问题。火山灰来自附近的喀斯喀特火山(包括圣海伦斯山)，这些火山确实含有锆石，喷发的时间与巨大的熔岩差不多。

在普林斯顿大学的实验室里，Kasbohm和Schoene从1600万年前的岩石中分离出0.1毫米大小的锆石，测量了铀和铅的同位素比例，并将单个熔岩流的年龄限制在几万年以内。她说:“对于这个年龄的样本来说，这种精度基本上是你能用的最好的天文表——尽管一万年前听起来很多——所以我们的方法是黄金标准。”

“这是十年或二十年来发表的关于哥伦比亚河洪水玄武岩的最重要的论文，”华盛顿州立大学三城分校(Washington State university - tricities)地质学研究教授斯蒂芬·雷德尔(Stephen Reidel)说。“杰娜和布莱尔值得赞美的思维看锆石火山灰流....之间的床当然，现在我们要回去重新计算所有使用旧时间线或喷发速率的东西。没关系——这是乐趣的一部分。

Kasbohm和Schoene通过更精确的时间线证明了史前气候的变化确实开始于火山爆发的时间，但是还需要进一步的工作来确定它们之间的联系。这个有1600万年历史的气候变化事件是大气中二氧化碳浓度最后一次超过百万分之400——直到最近十年。

卡斯伯姆说:“MMCO可能与我们目前的气候状况类似，而进一步研究这一事件发生的时间和持续时间将会告诉我们更多关于我们如何期待地球从人为气候变化中恢复的信息。”例如，如果在火山停止喷发后的100万年里气候一直保持温暖，就像现在看起来可能的那样，这可能会对预测大气对人类造成的全球变暖反应的时间产生重大影响。

“时间很重要，”卡斯玻姆说，“不管我们是在试图了解地球的过去还是它的未来。用微小的矿物来讲述这些体积庞大的岩石的故事是很有力量的。