研究人员与奥尔登堡大学、利兹大学和普利茅斯大学的同事合作，研究了大约4.5亿年前极端环境变化时期火山灰和熔岩对海洋化学物质的影响。他们的研究结果发表在《自然地球科学》杂志上。

这一时期导致了强烈的行星冷却，并以冰川作用和“晚奥陶世大灭绝”而告终。这次灭绝导致约85%的海洋生物灭绝，改变了地球上生命的进化过程。

奥尔登堡大学的这项研究的主要作者、曾在南安普顿担任博士后研究员的杰克·朗曼博士说:“有人认为，全球变冷是由向海洋输入的磷的增加驱动的。”“磷是生命的关键元素之一，它决定了藻类等微小水生生物利用光合作用将二氧化碳转化为有机物的速度。”这些生物最终会沉到海底并被掩埋，最终降低大气中的二氧化碳水平，从而导致降温。

该研究的合著者、南安普顿大学副教授汤姆·格农博士说:“尚未解开的谜团是，为什么冰期和大灭绝同时发生在两个截然不同的阶段，相隔大约1000万年。”“这需要某种机制来刺激磷的供应，这很难解释。”

研究小组发现，全球范围内发生了两次异常大的火山活动脉冲，它们发生在当今北美和中国南方的部分地区，与冰川和灭绝的两个高峰非常接近。Gernon博士解释说:“但是强烈的火山活动通常与大量的二氧化碳释放有关，这应该会导致全球变暖，所以另一个过程必须对突然的降温事件负责。”

这促使研究小组考虑，是否有一个次级过程——火山物质的自然分解或“风化”——提供了解释冰川作用所需的磷的激增。

“当火山物质在海洋中沉积时，它会经历快速而深刻的化学变化，包括磷的释放，有效地给海洋提供肥料，”合著者、南安普顿大学的马丁·帕尔默教授说。“所以，这似乎是一个可行的假设，当然也是一个值得验证的假设。”

普利茅斯大学有机化学讲师海莉·曼纳斯博士说:“这让我们的团队研究了年轻得多的海洋沉积物中的火山灰层，比较它们被海水作用改变前后的磷含量。”有了这些信息，研究小组可以更好地了解奥陶纪期间大规模喷发产生的大量火山层的潜在地球化学影响。

利兹大学副教授、该研究的合著者本杰明·米尔斯博士说:“这促使我们发展了一个全球生物地球化学模型，以理解快速添加从火山沉积物中浸出的磷激增到海洋中对碳循环的连锁效应。”

研究小组发现，在奥陶纪时期，大量的火山物质覆盖在海底，可能向海洋释放了足够的磷，从而引发了一系列事件，包括气候冷却、冰川作用、海洋氧气水平普遍下降和大规模灭绝。

虽然人们很容易认为在海洋中播种磷可能有助于解决当前的气候危机，但科学家们警告说，这可能会产生更严重的破坏性后果。米尔斯博士警告说:“来自农业化肥等来源的过量营养径流是海洋富营养化的一个主要原因。富营养化是指藻类快速生长，然后腐烂，消耗氧气，目前对生态系统造成重大破坏。”

科学家们得出结论，大规模火山爆发虽然在短时间内可以通过排放二氧化碳使气候变暖，但同样也可以在数百万年的时间尺度上推动全球变冷。朗曼博士总结说:“我们的研究可能会促使人们重新调查地球历史上其他物种的大灭绝。”

Journal Reference:

1. Jack Longman, Benjamin J. W. Mills, Hayley R. Manners, Thomas M. Gernon & Martin R. Palmer. Late Ordovician climate change and extinctions driven by elevated volcanic nutrient supply. Nature Geoscience, 2021 DOI: 10.1038/s41561-021-00855-5