原創(chuàng)：李嫻

　　一說(shuō)起“省”，我們第一反應(yīng)是：行政區(qū)劃單位。在中國(guó)，“省”是地方最大的一級(jí)行政區(qū)域，直屬中央，目前全國(guó)共設(shè)有34個(gè)省級(jí)行政區(qū)。

　　

　　找遍中國(guó)行政區(qū)劃圖，卻沒(méi)發(fā)現(xiàn)有叫“大火成巖”的省，難道是國(guó)外的某�。繗v經(jīng)三天三夜，翻看世界各國(guó)行政區(qū)劃圖還是沒(méi)找到。直到后來(lái)看見(jiàn)一張地質(zhì)圖（如下圖），才看到上面標(biāo)了大火成巖�。↙arge Igneous Provinces，簡(jiǎn)稱(chēng)LIP），原來(lái)大火成巖省是指特定的地質(zhì)區(qū)域，那么什么是大火成巖省呢？

　　

　　什么是大火成巖��？

　　1992年，地球科學(xué)家Coffin和Eldholm首次使用大火成巖省這一術(shù)語(yǔ)來(lái)描述在極短的地質(zhì)時(shí)間間隔內(nèi)（幾百萬(wàn)年甚至更短）發(fā)生的面積超過(guò)10萬(wàn)平方公里的鎂鐵質(zhì)火成巖噴發(fā)或侵入，不包括海底擴(kuò)張產(chǎn)生的基性玄武巖海床以及其他正常的板塊構(gòu)造形成的火成巖區(qū)域。

　　后來(lái)，大火成巖省的定義經(jīng)歷了不斷的擴(kuò)展和完善，大火成巖省不僅僅是指鐵鎂質(zhì)火成巖的大規(guī)模堆積，而是包括了所有類(lèi)型的火成巖，有學(xué)者提出將大火成巖省分類(lèi)為大型火山�。↙VP）和大型深成巖�。↙PP），甚至包括由正常板塊構(gòu)造過(guò)程產(chǎn)生的火成巖（尚不被廣泛接受）。

　　現(xiàn)在，大火成巖省是指連續(xù)的、體積龐大的火成巖（包括鐵鎂質(zhì)和長(zhǎng)英質(zhì)火成巖）所構(gòu)成的巖漿建造，包括大陸溢流玄武巖、火山被動(dòng)陸緣、大洋高原、海嶺、海山群和洋盆溢流玄武巖，大火成巖省的分布面積往往大于0.1×106km2，巖漿體積大于0.1×106km3，短時(shí)間噴發(fā)（約1～5百萬(wàn)年）的巖漿體積占整個(gè)火山活動(dòng)巖漿體積的比例超過(guò)75％。

　　目前，地質(zhì)研究確定的一些大火成巖省分布如圖1所示，有些大火成巖省現(xiàn)在還是完整的，如印度的德干暗色巖（Deccan Traps），而有些大火成巖省被板塊構(gòu)造運(yùn)動(dòng)所肢解，如中大西洋火成巖區(qū)域（CAMP）分布在巴西、北美東部、非洲西北部。我國(guó)幅員雖廣，但長(zhǎng)期以來(lái)國(guó)際學(xué)術(shù)界認(rèn)為中國(guó)只有峨眉山大火成巖�。‥meishan traps），通過(guò)近年來(lái)對(duì)塔里木盆地火山巖的多方面研究，塔里木大火成巖省已開(kāi)始被學(xué)術(shù)界認(rèn)可。

　　

　　圖1：世界大火成巖省分布圖

　　

　　由西伯利亞大火成巖省構(gòu)成的Putorana高原

　　

　　大火成巖省和地幔柱

　　大火成巖省是地球上最大的火山作用，記錄了在某些特定地質(zhì)時(shí)期巨量物質(zhì)和能量由地球內(nèi)部向外遷移，對(duì)大火成巖省的認(rèn)識(shí)迫使地球物理學(xué)家重新思考他們對(duì)地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)的看法，板塊構(gòu)造理論很好地解釋了發(fā)生在大洋中脊（新的洋殼產(chǎn)生處）和俯沖帶附近（老而且密度大的大洋俯沖進(jìn)入地球內(nèi)部）緩慢而穩(wěn)定的火山活動(dòng)，但它不能解釋突然大規(guī)模爆發(fā)的大火成巖省。

　　對(duì)于大火成巖省的成因，主要有地幔柱、邊緣對(duì)流、大規(guī)模巖石圈拆沉、裂谷減壓熔融、隕石撞擊等假說(shuō)，其中最廣為接受的是地幔柱成因的假說(shuō)。地幔柱假說(shuō)最早是在1963年由加拿大地球物理學(xué)家和地質(zhì)學(xué)家J. Tuzo Wilson（沒(méi)錯(cuò)，“威爾遜旋回”就是以他的名字命名）提出，他認(rèn)為夏威夷群島是一個(gè)構(gòu)造板塊在一個(gè)固定的熱點(diǎn)上向西北移動(dòng)，產(chǎn)生了一系列火山。后來(lái)在1971年，美國(guó)地球物理學(xué)家W. Jason Morgan進(jìn)一步完善了地幔柱假說(shuō)，他認(rèn)為地球內(nèi)部存在起源于核幔邊界緩慢上升的細(xì)長(zhǎng)柱狀熱物質(zhì)流（即地幔柱），它相對(duì)靜止，在地表表現(xiàn)為熱點(diǎn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果，地幔柱由兩部分組成：尾部呈長(zhǎng)細(xì)柱狀，底端連至地幔底部；頂端則膨大成球狀并隨著上升而膨脹，整體就像有著細(xì)長(zhǎng)柄的蘑菇。

　　

　　地幔柱頂端抵達(dá)巖石圈底部時(shí)，會(huì)開(kāi)始攤平并因減壓而大規(guī)模熔融形成玄武巖巖漿，這些巖漿可能會(huì)在短時(shí)間內(nèi)大量噴發(fā)至地表，在大陸地殼形成大陸溢流玄武巖，如印度的德干大火成巖�。―eccan Traps）、亞洲的西伯利亞大火成巖�。⊿iberian Traps）和峨眉山大火成巖�。‥meishan Traps），在海洋地殼則形成海底高原，例如：西南太平洋的Ontong Java高原，印度洋的Kerguelen高原。

　　

　　圖2：地幔柱與大火成巖省成因示意圖

　　目前，主要有兩種與大火成巖省形成相關(guān)的地幔柱模型：熱柱頭模型和擴(kuò)張模型。前者認(rèn)為熱柱起源于核幔邊界（圖2 地幔柱A），而后者假定地幔柱起源于上、下地幔邊界（圖2 地幔柱B）。擴(kuò)張模型未考慮在上升過(guò)程中地幔柱捕獲地幔物質(zhì)的可能性，但強(qiáng)調(diào)巖石圈的擴(kuò)張是火山作用的前提。最近又有研究者提出了兼顧上述模型的第三種模型，認(rèn)為起源于核幔邊界的地幔柱上升并滯留在上、下地幔邊界，然后形成多個(gè)次級(jí)熱柱上升至巖石圈底部（圖2 地幔柱C），導(dǎo)致大火成巖省的形成。

　　此外，地幔柱在不同大火成巖省的形成過(guò)程中擔(dān)當(dāng)著截然不同的角色。有研究者將大火成巖省的成因總結(jié)為德干型和巴哈納型兩種模式，在前者情況下，巖石圈減薄程度大，巖漿噴發(fā)速率高，大部分巖漿來(lái)自于地幔柱的減壓絕熱熔融；在后者情況下，巖石圈相對(duì)較厚，地幔柱就潛伏在巖石圈之下，以機(jī)械和熱侵蝕的方式影響上覆巖石圈，長(zhǎng)期的潛伏可導(dǎo)致巖石圈地幔和地殼的局部熔融，從而混染地幔柱來(lái)源的巖漿，巖石圈因侵蝕而逐漸變薄，使得巖漿噴出地表。

　　

　　圖3：地幔柱可能的分布位置（Foulger，2010）

　　

　　大火成巖省和生物大滅絕

　　地球上發(fā)生過(guò)多次生物滅絕事件，盡管生物滅絕的原因尚不完全清楚，但是地質(zhì)歷史上多次生物大滅絕的時(shí)間與大火成巖省火山活動(dòng)有著精確的對(duì)應(yīng)關(guān)系（圖4），這不由得引發(fā)了人類(lèi)無(wú)盡的遐想，科學(xué)家認(rèn)為大火成巖省事件是導(dǎo)致生物大滅絕的主要誘因之一。

　　

　　圖4：顯生宙海洋物種滅絕與大火成巖省噴發(fā)對(duì)應(yīng)關(guān)系圖（Bond，2010）

　　那么，大火成巖省具體是通過(guò)何種方式毀滅生物圈呢？其實(shí)，巖漿的機(jī)械毀壞并不是主要原因，大火成巖省的噴發(fā)規(guī)模確實(shí)很大，但波及面積只是在某些區(qū)域尚不能覆蓋全球，因此巖漿直接的作用范圍是極為有限的，其本身不可能造成全球的生物滅絕，但是巖漿噴發(fā)過(guò)程中釋放的大量揮發(fā)性氣體和火山灰可以引發(fā)全球性環(huán)境氣候急劇惡化，從而導(dǎo)致大量生物滅絕。

　　火山噴發(fā)釋放的二氧化碳能反射地表輻射的熱量并使之聚集，導(dǎo)致全球氣溫升高，伴隨火山噴發(fā)釋放的硫化物和火山灰與空氣中的水蒸氣結(jié)合產(chǎn)生硫酸氣溶膠，不僅僅引發(fā)酸雨，而且顯著地折射和散射外部太陽(yáng)的熱量，導(dǎo)致全球接受太陽(yáng)能不足而使氣溫整體下降，產(chǎn)生典型的冷室效應(yīng)，當(dāng)巨量巖漿噴發(fā)時(shí)，大量二氧化碳和硫化物進(jìn)入大氣圈必然導(dǎo)致氣候冷熱異常。除此之外，火山爆發(fā)時(shí)釋放的重金屬和其他化學(xué)物質(zhì)會(huì)改變陸地、海洋、空氣的化學(xué)組成，這些因素將綜合導(dǎo)致生物圈紊亂。

　　

　　圖5：大火成巖省噴發(fā)伴隨的物理和化學(xué)效應(yīng)

　　二疊紀(jì)出現(xiàn)的兩次生物滅絕事件一直是地質(zhì)學(xué)家所關(guān)注和研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。一次是地質(zhì)歷史上規(guī)模最大的晚二疊世樂(lè)平期末生物滅絕事件（約252百萬(wàn)年前），海洋和陸地物種損失分別超過(guò)90％和70％，生物滅絕后經(jīng)歷了大約5百萬(wàn)年才艱難地出現(xiàn)生物復(fù)蘇，這同時(shí)為恐龍的出現(xiàn)創(chuàng)造了條件。這次生物滅絕時(shí)間上與西伯利亞大火成巖省火山活動(dòng)存在耦合關(guān)系，目前認(rèn)為西伯利亞大火成巖省的噴發(fā)是最可能造成這次生物滅絕的原因。

　　另一次是規(guī)模相對(duì)較小的中二疊世瓜德魯普期末（約260百萬(wàn)年前）生物滅絕事件，這最早被證實(shí)是基于中國(guó)華南大面積底棲有孔蟲(chóng)化石記錄研究，地質(zhì)剖面上的碳同位素研究結(jié)果也支持在瓜德魯普期末發(fā)生了生物滅絕事件，這次生物滅絕時(shí)間上對(duì)應(yīng)著我國(guó)峨眉山大火成巖省的活動(dòng)時(shí)期。導(dǎo)致這次生物滅絕的主要原因存在多個(gè)不同觀點(diǎn)：大面積海退和淺海棲息地喪失、峨眉山火山噴發(fā)、甲烷迸發(fā)、海洋溫度下降。雖然不能確定峨眉山大火成巖省的噴發(fā)是否是導(dǎo)致該次生物滅絕的主要因素，但是峨眉山大火成巖省的噴發(fā)必然會(huì)導(dǎo)致環(huán)境惡化，加大對(duì)生物滅絕的影響。

　　主要參考資料：

　　1.Coffin M F, Eldholm O. Large igneous provinces. Scientific American, 1993, 269(4): 42-49.

　　2.Jones M T, Jerram D A, Svensen H H, et al. The effects of large igneous provinces on the global carbon and sulphur cycles[J]. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 2016, 441: 4-21.

　　3. 徐義剛, 何斌, 羅震宇, 等. 我國(guó)大火成巖省和地幔柱研究進(jìn)展與展望. 礦物巖石地球化學(xué)通報(bào), 2013 (1): 25-39.

　　4.朱江, 張招崇. 大火成巖省與二疊紀(jì)兩次生物滅絕關(guān)系研究進(jìn)展. 地質(zhì)論評(píng), 2013, 59(1): 137-148.

　　5. Wikipedia