一些最具破坏性的大规模灭绝事件发生在恐龙时代的起始和终结时期。“大灭绝”事件发生于2.52亿年前的火山活动，导致陆地上70%的生命和海洋中90%的生命灭绝。此后，恐龙进化并称霸地球，直到6500万年前一颗陨石撞击地球，导致它们（除了鸟类）以及许多其他生物灭绝。
但在恐龙繁盛的数百万年间——三叠纪、侏罗纪和白垩纪——还发生了其他一些鲜为人知的环境灾难时期，导致许多物种消亡。在一项新研究中，科学家们揭示了火山活动的模式可能如何促成了侏罗纪早期，即1.78亿至1.9亿年前的多次大规模灭绝事件。
虽然侏罗纪早期发生多次火山事件的观点并非新鲜事，但这项研究通过对火山岩中隐藏的微观晶体进行测年，从而确定了这些火山活动脉冲的日期，使其独树一帜。
“我们的工作首次证实了在先前确定的主要脉冲之前火山活动就已经开始，”赫尔辛基大学地球科学家、发表在《冈瓦纳研究》上的论文的主要作者Arto Luttinen说。“我们也能证实，在主要脉冲之后也存在显著的活动。”
古老晶体
数亿年前，我们现在所知的非洲和南极洲大陆曾连接在一起，最初是盘古大陆的一部分。盘古大陆分裂后，它们又形成了冈瓦纳大陆（一个较小但仍然巨大的大陆）的一部分。然而，在侏罗纪早期，火山活动在现在的非洲南部和南极洲之间打开了一道裂谷，开始了陆地的分离。
该区域（被称为卡鲁大火成岩省）的火山历史在其岩石中可见一斑。它们大多是玄武岩——深色，富含铁和镁，由地幔熔融形成。但Luttinen和他的同事们专注于该地区一种不那么常见的岩石：粉红色和橙色的流纹岩。
“当地幔深处的炽热岩浆穿过地壳时，由于它们非常热，会熔化周围的地壳岩石，”Luttinen解释说。由于地壳富含二氧化硅，因此形成的流纹岩也富含二氧化硅。而这种二氧化硅使得锆石晶体得以形成。
锆石晶体，即硅酸锆，无色闪亮——高品质的锆石常被用作钻石的替代品。卡鲁流纹岩中的锆石是微观的，太小了，无法制成耳环，但它们对地球科学家来说非常有价值，因为它们能够捕获铀。
“锆和铀足够相似，所以晶体可以接受铀进入其中，”Luttinen说。铀具有放射性——其原子核不稳定，随着时间的推移会发生衰变，吐出亚原子粒子以达到更稳定的质子和中子构型。最终，铀衰变为铅，科学家知道这个过程需要多长时间。“通过测量剩余的铀和形成的铅的量，我们就可以计算出晶体的年龄，”Luttinen说。
研究小组从卡鲁大火成岩省各地采集了流纹岩样本，包括莫桑比克、南非和南极洲的样本。他们将岩石压碎，然后将粉尘倒入一种重而致密的液体中，以分离出内部的锆石晶体。“这种液体非常致密，只有致密的矿物才能沉到底部，”Luttinen说。而锆石碰巧非常致密。
意想不到的结果
研究人员分离出锆石后，使用质谱仪测定样品中铀和铅的含量——基本上是为了确定晶体的年龄。结果让Luttinen大吃一惊。
他说：“我曾预计会得到与之前获得的年龄非常相似的结果。”“令人警惕的是，基本上我们所有的样本都提供了不同的年龄”，许多样本表明火山岩比之前认为的更古老。基于这些数据，该团队提出卡鲁裂谷区从1.85亿至1.9亿年前就开始了周期性的火山活动。
先前的研究表明，除了大约1.82亿年前的火山活动主脉冲之外，在主事件前后还有其他活动时期。然而，这些研究基于玄武岩，而玄武岩通常不含进行铀铅测年所需的锆石晶体；这些研究的年代测定基于氩同位素的衰变，Luttinen指出，这种方法被认为不如铀铅测年可靠。
Luttinen和他的同事们还研究了这些火山活动时期可能如何影响了侏罗纪早期的生命。之前的研究已经记录了当时的大规模灭绝事件，特别是生活在海洋中的小型生物。然而，Luttinen的团队分析了卡鲁岩石的化学成分。他们估算了不同火山活动脉冲可能释放的导致气候变化的二氧化硫和二氧化碳的量。他们的发现支持了2007年的一项研究，该研究表明卡鲁地区侏罗纪早期的火山活动导致了全球变暖。
持续的问题
科学探索并不会随着论文的发表而结束——现在，Luttinen的同行地球科学家们将对他的团队的工作进行分析。
开普敦大学的沉积学家Emese Bordy指出，卡鲁大火成岩省的火山活动是周期性而非一次性发生的，这并不是一个新观点。
“卡鲁岩浆事件的整体脉动性质在文献中已有充分记录，特别是对于卡鲁主要盆地而言，”Bordy说。然而，她表示，Luttinen的研究“通过年代测定，首次展示了多阶段火山活动也影响了卡鲁裂谷盆地，并试图估算卡鲁末期的温室气体排放量。”
罗德大学的岩石学家兼荣休教授Goonie Marsh对这项研究的某些方面持怀疑态度。他说：“总体的年龄数据集是否表明火山活动存在周期性，在我看来，这个问题的答案远未确定。”“[该数据集]结合了不同时间、不同实验室通过不同测年方法获得的年龄。这引发了可比性这一令人困扰的问题，既包括不同测年技术之间，也包括不同实验室之间。”
Marsh表示，Luttinen研究的主要价值“在于新的年龄数据。从那时起，关于周期性和气候影响的问题都依赖于假设或我们无法确定的事情，因此不那么可靠。”
然而，这些批评与Luttinen希望人们从这项研究中得到的东西是一致的：卡鲁地区火山历史的复杂性。他说：“在过去的几十年里，我们了解到岩浆成分的多样性是巨大的，而且实际上是惊人的。”“这些巨大的岩浆系统可能非常复杂，这需要时间，而且我们仍然需要更多的数据才能真正理解。”
