南安普顿大学的科学家们发现，两个强烈的火山爆发期引发了全球变冷和海洋中氧气水平下降时期，而这造成了地球历史上最严重的大规模灭绝之一。研究人员通过跟来自奥尔登堡大学、利兹大学和普利茅斯大学的同事合作研究了在约4.5亿年前的极端环境变化时期火山灰和熔岩对海洋化学的影响。
他们的研究结果发表在《Nature Geoscience》杂志上。
这一时期带来了强烈的行星冷却，最终导致了冰川运动和重大的“晚奥陶纪大灭绝”。这次大灭绝导致居住在海洋中的约85%的物种消失，并重塑了地球上生命的进化过程。
这项研究的论文第一作者Jack Longman表示：“有人认为，全球变冷是由输入海洋的磷的增加驱动的。磷是生命的关键元素之一，决定了像藻类这样的微小水生生物能够利用光合作用将二氧化碳（CO2）转化为有机物的速度。”这些生物体最终会沉淀到海底并被掩埋，并最终降低了大气中的二氧化碳水平然后导致冷却。
“未解决的难题是，为什么冰川和灭绝在这个时候分两个不同的阶段发生，相隔约1000万年，”南安普顿大学副教授、该研究的共同作者Tom Gernon博士指出，“这需要某种机制来推动磷的供应，这很难解释。”
研究小组发现，在全球范围内有两次特别大的火山活动脉冲，发生在今天的北美洲和中国南方的部分地区，这跟冰川运动和灭绝的两个高峰期非常吻合。“但强烈的火山爆发更典型地跟大量的二氧化碳释放有关，这应该推动全球变暖，所以另一个过程必须对突然的冷却事件负责，”Gernon博士解释道。
这促使研究小组考虑是否有一个次要的过程--火山物质的自然分解或“风化”--可能提供了解释冰川现象所需的磷的激增。
“当火山物质沉积在海洋中时，它经历了快速和深刻的化学变化，其中包括磷的释放，这有效地肥沃了海洋，因此，这似乎是可行的假设，当然也是一个值得测试的假设，”研究论文共同作者Martin Palmer说道。
普利茅斯大学有机化学讲师Hayley Manners博士表示：“这促使我们的团队研究更年轻的海洋沉积物中的火山灰层，以比较它们在与海水相互作用而改变之前和之后的磷含量。”掌握了这些信息，研究小组就能更好地理解奥陶纪期间巨大的火山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、该研究的论文共同作者Benjamin Mills博士指出：“这促使我们开发了一个全球生物地球化学模型，从而了解迅速增加从火山沉积物中浸出的磷进入海洋对碳循环的连锁反应。”
研究小组发现，在奥陶纪时期，铺设在海底的广泛的火山物质毯将释放足够的磷到海洋中，以此推动了一连串的事件--包括气候冷却、冰川、海洋氧气水平的广泛减少和大规模灭绝。
虽然认为向海洋中播撒磷可能有助于解决当前的气候危机可能非常诱人，但科学家们警告炒年糕，这可能会产生更多的破坏性后果。“来自农业化肥等来源的过量营养物径流是海洋富营养化的一个主要原因--藻类迅速生长，然后腐烂，消耗氧气，这会对目前的生态系统造成重大损害，”Mills博士指出。
最终科学家们的结论是，虽然在短期内大规模火山爆发可以通过二氧化碳排放使气候变暖，但同样地，它们可以在几百万年的时间尺度上推动全球变冷。Longman博士总结称：“我们的研究可能促使人们重新调查地球历史上的其他大规模灭绝事件。”