来源 弗吉尼亚理工
翻译 访冬
审校 刘小鸥
图像显示太平洋大火成岩省，弗吉尼亚理工大学地球科学家在此开展研究。红色区域是 Esteban Gazel 及其团队所到访的区域。黄色范围内为宽度近 2000 英里（近 3000 千米）的整个太平洋大型横波低速带（Pacific Large Low Shear Velocity Province, LLSVP）。
弗吉尼亚理工大学的科学家研究证实，大火成岩省形成的一个主要特征是——世界范围的大量火山爆发，这些喷发产生了大量熔岩，引起世界范围的环境灾难并造成 1 亿 7 千万年到 9 千万年前的生物大灭绝。该文章近期发表于《自然通讯》（Nature Communications）。
这一新研究主要由弗吉尼亚大学的助理教授 Esteban Gazel 及其校友、现任哥斯达黎加大学助理教授 Pilar Madrigal 女士开展。
“我们证实了当前一个假设：为了产生如此大量的火山爆发，需要来自地幔深处的岩浆上涌，并与浅层结构相互作用，如同洋中脊，使得大量的熔岩能够流出。”
“我们的工作还显示，地幔深部高温物质上涌并形成大火成岩省的现象，可能以 1 千万到 2 千万年的频率脉冲式发生。这种周期性循环的线索非常有趣，可能说明地幔深部的不稳定时常发生并超出我们的理解范围，这也可能与核幔相互作用有关。”
之前该假说还停留在数值和动力学模拟阶段，直到 Gazel 和 Madrigal 应用地球化学和岩石学模型对地球动力学线索进行独立评估。他们想要找到一种良好的相关性，显示这种相互作用是形成大火成岩省的关键因素。大火成岩省是由火山岩和入侵岩构成的大型火成岩构造，形成于岩浆的快速生长。大火成岩省分布于毗邻西伯利亚、非洲、印度的洋盆及北美和南美的东海岸。在本研究中，Gazel 和 Madrigal 主要关注太平洋区域。
研究的带头人 Gazel 说，这些火成岩省的形成与地球历史上最具灾难性的事件相关。这些事件的地质记录包含理解地幔内部动力学的重要信息。但是，每发生一次，地球的生物圈就被彻底改变。
Gazel 和 Madrigal 研究了中生代太平洋板块的地球化学构成和大火成岩省形成时间，时间跨度为 1 亿 7 千万到 9 千万年前。他们对哥斯达黎加太平洋沿岸暴露出的水底熔岩流进行取样。这些熔岩在太平洋底形成并被构造过程带到地表。
Gazel说，野外工作很刺激，能够看到地表暴露出的水下岩层。采样工作包括乘坐小船航行、游泳到暴露部分以及沿海岸线徒步。
哥斯达黎加尼科亚半岛海岸沿线暴露在外的水下熔岩流。本研究中取样地之一，Esteban Gazel 曾在幼年时期的夏季旅行中到此不止一游。
Gazel 对这一地区非常了解。他在哥斯达黎加尼科亚半岛曾度过了好几个夏天。他说：“我跟这些石头相识很久了。我小的时候夏天经常来这里玩，还曾经困在这些枕状玄武岩上。”
在与纽约布鲁克林大学助理教授 Kennet Flores 合作之下，团队建立了一系列动态模型，用来计算白垩纪时期太平洋地区的古构造结构。
研究还包括了与南卡罗莱纳大学和威斯康辛大学的研究人员分别合作获取的同位素和年代测定数据。
研究结果显示了这些大火成岩省及古洋中脊（洋壳以稳态发展形成处）位置的喷发与地球深部核幔边界的太平洋大型横波低速带（位于东澳大利亚和南美洲西海岸间宽近 3000 千米的一片的热化学异常区）边缘之间的关系。
新发现还表明了深处的高温地幔上涌流和洋中脊间的相互作用或许为大火成岩省的形成提供了可能。
Added Gazel 说：“这是个非常重要的突破，我们能更好地解释为什么这些区域如此巨大。也就是说，1 亿 2 千万年前发生的脉冲式岩浆上涌形成了翁通爪哇、马尼希基及希库朗伊大火成岩省，在极短时间内覆盖了相当于美国大陆 40% 的面积。”
这些岩浆省大部分形成于约 1 亿 2 千万到 8 千万年前，即白垩纪超静磁带（CNS）期间。当时地核磁极在几百万年间没有倒转，很可能是由于核幔热通量波动。
他介绍到，历史上还有多次灭绝级别的大事件，比如 3 亿年前那一次大灭绝几乎扫荡了全球的所有生物，其缘起于另一个大火成岩省——西伯利亚暗色岩的大喷发。
Gazel 还提到，对这些过程的理解不只对解开地球深处的谜题很重要，而且有利于更好地理解地球上生命面对灾难时的脆弱和坚强。
文章来源：http://phys.org/news/2016-11-explore-gigantic-volcanic-eruptions-mass.html
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论文基本信息
【题目】Record of massive upwellings from the Pacific large low shear velocity province
【作者】Pilar Madrigal, Esteban Gazel, Kennet E. Flores, Michael Bizimis & Brian Jicha
【期刊】Nature Communications
【日期】2016-NOV-8
【DOI】doi:10.1038/ncomms13309
【摘要】Large igneous provinces, as the surface expression of deep mantle processes, play a key role in the evolution of the planet. Here we analyse the geochemical record and timing of the Pacific Ocean Large Igneous Provinces and preserved accreted terranes to reconstruct the history of pulses of mantle plume upwellings and their relation with a deep-rooted source like the Pacific large low-shear velocity Province during the Mid-Jurassic to Upper Cretaceous. Petrological modelling and geochemical data suggest the need of interaction between these deep-rooted upwellings and mid-ocean ridges in pulses separated by ∼10–20 Ma, to generate the massive volumes of melt preserved today as oceanic plateaus. These pulses impacted the marine biota resulting in episodes of anoxia and mass extinctions shortly after their eruption.
【链接】http://www.nature.com/articles/ncomms13309
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