為破解2.6億年前的「地質大案」，我們鎖定了三位「嫌疑人」

玄武巖是一種火山巖，如果在野外發現了玄武巖，就說明在這裡曾經發生過火山噴發。我國地質學家在西南地區發現了大面積的玄武巖，意味著兩億六千年前，在這裡曾經發生過一場規模巨大的火山噴發事件。誰是這場災難的受害者？又誰是導致了這次事件的發生，我們鎖定了三位「嫌疑人」……

出品："格致論道講壇"公眾號（ID：SELFtalks）

以下內容為中國地質博物館巖石礦物研究室副研究員李宏博演講實錄：

大家好，我是李宏博，來自中國地質博物館。我是一名地質工作者，今天我和大家一起走進一樁發生在億萬年前的「地質大案」。

當然了，我們講的這個「大案」並不是一般意義上的案件，它指的是在地球歷史中發生的一次大事件。咱們這樁「地質大案」還要從幾塊石頭引發的一場血案說起。

我們先把時間回到89年前，那是1929年冬的一天，著名的地質學家趙亞曾先生正在我國西南地區進行地質考察，這一晚他就在一家小客棧裡休息。

想不到一夥土匪破門而入，見趙先生身邊有隻箱子，就不由分說地上來搶奪，趙先生拼命地護著箱子。這夥兇惡的土匪見狀就更加確信這箱子裡肯定有值錢的寶貝，竟然一不做二不休把趙先生殺害了，可憐我們這位痴迷學術、才華橫溢的地質學奇才殉難時年僅31歲。

趙先生的箱子裡到底裝的是什麼寶貝？讓他這樣不顧生命地去保護的，只不過是幾件巖石標本和他收集的地質資料而已。

這些巖石是寶石嗎？不是，就是普通的巖石，但是這些巖石卻與我們今天所講的這樁「地質大案」有很大關係。

這些巖石是趙先生在峨眉山採集的玄武巖，在這裡趙先生首先發現了一套玄武巖地層，並把它命名為「峨眉山玄武巖」。而「峨眉山玄武巖」正是我們今天講的這樁「地質大案」的重要線索。

玄武巖是一種火山巖，就是由基性巖漿噴發、冷凝形成的一種巖石，如果你在野外發現了玄武巖，就說明在這裡曾經發生過火山噴發。

可能連趙先生自己也沒有想到，他的這個發現只是揭開了冰山一角。在後來的地質調查中，我們逐漸發現這套玄武巖地層不僅在峨眉山這一個地區有分布，而是遍布我國整個西南地區。

這張圖是目前為止發現的峨眉山玄武巖的分布情況，它的面積超過50萬平方公裡，大致相當於法國的國土面積。

通過放射性同位素測年的方法，我們確定這些玄武巖是在兩億六千萬年前形成的，也就是古生代二疊紀的末期。我們在西南地區發現了大面積的玄武巖，意味著兩億六千年前，在這裡曾經發生過一場規模巨大的火山噴發事件，就是我們今天要講的「地質大案」。

發生了這麼大的案子，我們一定要到現場考察。大家可能會問，這麼大的範圍你跑得過來嗎？圖上的點，就是我本人以及我們團隊的成員曾經考察過的地方，可以說我們跑遍了西南地區的山山水水。

下面我們一起到野外看一看，了解一些有趣的地質現象。

這張照片是在貴州水城拍攝的，可以看到一根一根緊密排列的石柱，這就是最典型的玄武巖的柱狀節理。大家再仔細看，這些石柱正在向上匯聚，這是一個典型的古火山口。

這張照片是在貴州盤縣拍攝的，整個山體都是由峨眉山玄武巖構成的。我們站在山腳下仰望這座山的時候，感覺這座山特別雄偉挺拔，大家有沒有發現什麼特別的地方？

這些玄武巖都是一層一層的，層層疊疊的，為什麼會形成這種現象呢？其實這跟攤煎餅挺像的，火山噴發一次，巖漿在大地上流淌就形成一層，又噴發一次就又會形成一層，一層層的玄武巖堆疊起來就形成了這種現象，所以地質工作者也把這種現象形象地稱為「攤煎餅模式」。

這張照片是在雲南賓川拍攝的，這張照片上的玄武巖跟前面的都不太一樣，一個個都是圓滾滾的，像咱們家裡的抱枕似的。

這種玄武巖我們稱之為「枕狀玄武巖」，這是巖漿在水下噴發時所形成的一種獨特的巖石構造。

我們通過野外調查，進一步確定，2.6億年前我國的西南地區的確發生過一次大規模的火山噴發事件。在這個大案中誰是受害者？

在揭開這個謎題之間我先請大家看一段視頻，感受火山和巖漿的威力。

這段視頻是兩個地質學家拍攝的珍貴資料，非常近距離地記錄了火山噴發的情況。火山的巖漿是高溫的，還有大量的火山灰釋放出來，近距離靠近的時候一定要穿上防護服。

在大家的印象中，巖漿是不是應該靜靜地流淌？其實巖漿可以像洪水一樣地奔流。這兩位地質學家也在一次由火山噴發引發的時速高達160公裡的火山碎屑流中獻出了他們的生命。這種火山碎屑流的溫度高達400多攝氏度。

請問大家看完視頻之後有什麼感受？是不是覺得火山噴發的後果很嚴重？其實這只是小case，因為火山噴發還會引發生物滅絕慘案。

最近《侏羅紀世界》在熱映，在這部影片裡恐龍生活的努布拉島上的火山發生了強烈的噴發，很多恐龍都葬身火海。

影片裡的一幕讓我印象非常深刻，有一隻碩大的腕龍跑到海邊，卻已經無路可逃，從它身後襲來高溫的火山灰把它包圍，瞬間化成了灰燼，像恐龍這麼強大的生物在火山噴發麵前也是毫無抵抗力的。

火山噴發為什麼有這麼大的威力？我們來看看它有哪些大殺器。首先就是炙熱的巖漿，巖漿是溫度最高可達1300攝氏度，所以說巖漿流過的地方一定是寸草不生。

火山還會釋放出大量的溫室氣體和有毒氣體，對大氣系統產生嚴重影響。第三大殺器就是火山灰，火山強烈的噴發會把大量的火山灰拋入大氣層，從而進入大氣環流，這些遮天蔽日的火山灰會引發像核冬天一樣的災難。

恐龍滅絕是一次慘案，但它還不是最慘的一次。在地球歷史上最大的一次生物滅絕發生在二疊紀末期，在這次生物大滅絕中，海洋中的生物物種有90%滅絕了，陸地上的生物物種也有70%徹底消失。

圖中的這種生物——「三葉蟲」曾經在地球上極度繁盛，但正是在這次二疊紀末期的生物大滅絕中徹底消失了。

我們前面講過，在西南地區發現的這些大面積的峨眉山玄武巖所代表的大規模的火山噴發事件發生在二疊紀末期，它的時間和地球歷史上這次最大的生物滅絕事件的時間基本吻合。所以有學者提出，很可能是這次大規模的火山噴發事件導致了這次生物滅絕。

大家可以想像一下，五十萬平方公裡的面積上發生火山強烈噴發，就如同目前全球所有的活火山同時噴發一樣，火山的三大「殺器」的威力就會呈幾何級數般的擴大，必然會對全球的生態系統造成毀滅性的打擊。

現在「地質大案」的案情比較清楚了，就是說我們在西南地區發現的這些大面積的玄武巖代表了一次大規模火山噴發，而它很可能引起了一次生物大滅絕。

現在擺在我們地質工作者面前的問題是：誰是導致這次大規模火山噴發的真正力量？經過一番調查和研究，我們鎖定了三位「嫌疑人」，這三個嫌疑人代表了三種不同的構造環境，在其中都會引發大規模的火山噴發、形成玄武巖。

第一個嫌疑人叫島弧，什麼是島弧呢？地球的地殼是由板塊組成的，但這些板塊很不老實，它們之間經常摩擦碰撞，兩個板塊碰在一起的時候，其中的一個板塊就會俯衝到另一個板塊下面。這種強烈的碰撞、俯衝作用就會引發火山、地震等地質活動，火山噴發還會形成一連串呈線狀展布的弧形海島，這就是島弧。

地球上最典型的島弧就是西太平洋島弧，它的北段由千島群島、日本列島、琉球群島和菲律賓群島組成。我們經常在新聞中看到我國的空軍、海軍突破了第一島鏈，第一島鏈指的就是西太平洋島弧，它是太平洋板塊向歐亞板塊俯衝的產物。

這裡也是地震火山的多發地帶，前幾天日本的大坂發生了芮氏6.1級的地震，可見這裡地質活動之強烈，這裡也會有大量的火山和玄武巖形成，所以說島弧是嫌疑人之一。

第二嫌疑人是大洋中脊，也叫中央海嶺，它貫穿全球大洋，長度達到了八萬四千公裡，相當於繞地球赤道兩圈多。

這裡有非常活躍的巖漿作用，源自上地幔的巖漿在這裡噴發，形成的巖石主要是玄武巖。這裡還是板塊擴張的中心，也是新生板塊的誕生地。所以大洋中脊也是我們的一個重點懷疑對象。

第三嫌疑人的名字叫地幔柱，大家可能比較陌生，但是大家對著名的度假勝地夏威夷一定很熟悉，夏威夷群島是由一系列的火山島組成的，這些火山島主要由玄武巖組成。

地質學家研究夏威夷群島的形成時，發現了一個十分有趣的現象，這些火山島的年齡是逐漸變年輕的。

為了解釋這種地質現象，地質學家提出了一個熱點理論，熱點就是從地幔深處升起的一個熱柱，它會引發火山噴發和巖漿作用。當漂移的板塊經過這個相對固定的熱點之上時，熱點間歇性的火山噴發，就形成了一串火山島。

熱點理論比較好地解釋了夏威夷群島的形成，在此基礎上，地質學家提出了地幔柱理論。地幔柱就是一個超大號的熱點，現在的研究認為，地幔柱起源於地幔的深部，甚至達到了地核和下地幔的邊界。

左邊這張圖就是地質學家通過計算機模擬出來的地幔柱，從核幔邊界升騰而起。當它到達巖石圈地幔的底部，它就擴展成一個直徑達千公裡級的蘑菇狀的頭部，從而引發強烈的巖漿作用和火山噴發。

原子彈爆炸形成的蘑菇雲是不是跟它有點像？地幔柱的威力非常大，地幔柱也是一個「嫌疑人」。

我們已經鎖定了三位嫌疑人，下面該揪出真兇了。地質學家找到了一個破案神器，它叫稀土元素（Rare Earth Element, REE），稀土元素是由十五種地球化學性質相近的元素組成的，在巖石中的含量很少，屬於微量元素。

而研究表明，在島弧、大洋中脊、地幔柱這三種不同的構造環境中所形成的玄武巖的稀土元素含量分布模式曲線是截然不同的，這就為我們破案找到了突破口。

我們把從野外採回來的樣品進行分析，然後把樣品的稀土元素分布模式曲線投在這張圖上進行對比。我們發現峨眉山玄武巖的稀土元素分布模式曲線和島弧、大洋中脊完全不同，而和地幔柱完全吻合，這樣我們就排除了大洋中脊和島弧的嫌疑，鎖定了真兇，它就是地幔柱。

我們現在可以為這場發生在2.6億年前的「地質大案」做一個結案陳詞了。我們在我國的西南地區發現了大面積的玄武巖，從而確定了這場大案的性質是一次發生在2.6億年前的大規模火山噴發事件，而這個火山噴發事件很可能導致了一次地球歷史上規模最大的生物滅絕慘案，我們通過調查與分析，最終揪出了真兇，它就是地幔柱。

這樁「地質大案」講完了，但我還要做兩點補充說明。首先我要為火山和巖漿做一個小小的辯護，在火山噴發和巖漿作用的過程中常常會形成金屬礦床。

這次2.6億年前的大規模火山噴發事件在我們西南地區形成了很多金屬礦床，其中最著名的就是攀枝花超大型釩鈦磁鐵鐵礦礦床，有世界釩鈦之都的美譽，這裡是我國主要的釩鈦產品以及重要的鋼鐵生產基地，為我國的經濟建設做出了很大貢獻。所以我們不能只看到火山噴發給我們帶來的災難，也要看到它給我們帶來的好處。

我要說的第二點是，其實這件地質大案並沒有真正結案，因為地質探索永遠在路上。比如我們今天講的地幔柱理論，也一直在不斷地發展和完善中。

所以我希望大家，尤其是在座的青少年朋友，也加入到地質探索中來，一起去尋找證據，破解那些地質之謎。最後我要為中國地質博物館打call，歡迎大家到中國地質博物館參觀，走進神奇的地質世界，謝謝大家。

註：演講中部分圖片來自周新民、張招崇、尹超、Gregory A. Davis、Shu-Chuan Lin、空軍發布、百度、新浪、網易、搜狐

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