约9400万年前的大洋缺氧事件2（Oceanic Anoxic Event 2, OAE 2）是地球历史上一次严重的海洋环境灾难，其特征是全球海洋大规模缺氧，导致海洋生态系统崩溃和海洋生物大灭绝。
长期以来，科学家们普遍认为大火成岩省的火山活动是导致OAE 2的主要原因。大火成岩省是指在地质历史时期，由于地球深部地幔柱活动，短时间内在陆地或海洋底部喷发的大规模火山岩组合，其喷发通常伴随着大量的温室气体释放，对全球气候和环境造成巨大影响。
然而，对于究竟是哪个大火成岩省的火山活动触发了OAE 2，科学界一直存在争议。此前，南印度洋的凯尔盖朗(Kerguelen)高原火山活动被认为是最有可能的“罪魁祸首”，因为其火山活动时间与OAE 2接近。但是，凯尔盖朗高原的喷发规模和速度是否足以释放引发OAE 2所需的巨量碳，一直存在争议。凯尔盖朗高原（Kerguelen Plateau, KP）是位于南印度洋的一片巨大的海底高原，也是地球上最大的火成岩省之一，其火山活动历史跨越了1.3亿年，对全球环境和海洋演化产生了深远影响。
图1 加拿大北极高地研究区地图
为了解开这些谜团，来自德国歌德大学法兰克福分校、德国科隆大学和加拿大卡尔顿大学的研究人员将目光投向了位于加拿大北极地区的阿克塞尔海伯格岛（Axel Heiberg Island）。该岛屿上的Kanguk组地层完整地记录了OAE 2期间的海洋环境变化，并且富含火山灰沉积物，为研究高北极大火成岩省（High Arctic Large Igneous Province, HALIP）的火山活动历史提供了宝贵材料。HALIP分布于北极地区，跨越加拿大、格陵兰和俄罗斯等国，总面积超过300万平方公里，相当于整个西欧的大小。其主要部分由火山岩和侵入岩构成，厚度可达数公里。
研究人员采用了一种综合地层学方法，结合了以下几种技术手段：1)铀铅测年法（U-Pb dating）: 对Kanguk组地层中的火山灰层进行精确的年代测定，建立高精度的时间框架。2)地球化学分析: 对火山灰层和沉积物进行主量元素、微量元素和同位素分析，识别火山灰的来源，并追踪火山活动对海洋环境的影响。3)粒度分析: 分析沉积物的粒径分布特征，推断火山灰的搬运方式和沉积过程。
图3 Kanguk组火山灰源的识别（加拿大北极高地阿克塞尔·海伯格岛南部）
研究发现，HALIP的火山活动开始于OAE 2事件之前的数万年，并且持续了相当长一段时间。Kanguk组地层中火山灰的地球化学特征与HALIP的火山岩一致，表明这些火山灰来源于HALIP的喷发。HALIP的火山活动与海洋沉积物中碳同位素（δ13C）值的显著下降相吻合，表明HALIP火山活动释放了大量的温室气体，如二氧化碳（CO2）。
图4。高北极大型火成岩省（HALIP）火山活动的时间。（A） 碳同位素地层学。（B） 冰川峡湾（加拿大北极高地阿克塞尔·海伯格岛；位置见图1）和西部内陆航道参考剖面的锇同位素地层学。（C） 研究现场灰分丰度建模（二元混合模型）。（D） 累计积灰量。
HALIP的火山活动可能是触发OAE 2的一个重要因素，其重要性可能不亚于凯尔盖朗高原火山活动，甚至可能起到了更早的推动作用。HALIP和凯尔盖朗高原的火山活动可能共同导致了OAE 2期间大气CO2浓度的急剧上升，进而引发了全球变暖和海洋酸化等一系列环境问题，最终导致了海洋缺氧和生物大灭绝。
这项研究是科学家们利用地质记录揭示地球历史奥秘，探索地球系统演化规律的又一成功案例。它不仅深化了我们对OAE 2事件的认识，也为我们理解大火成岩省火山活动对地球环境的影响提供了新的认识。
参考文献：Wolf Dummann, Volker Wennrich, Claudia J. Schröder-Adams, Niklas Leicher, Jens O. Herrle; Ash deposits link Oceanic Anoxic Event 2 to High Arctic volcanism. Geology 2024; doi: https://doi.org/10.1130/G52368.1
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