西伯利亞玄武岩

通常認為，是地幔柱上湧在西伯利亞克拉通造成火山噴發，形成了西伯利亞岩漿岩 ^[5]  。一種説法是，當岩石圈板塊在地幔柱(冰島地幔柱)上移動時，先在東部產生了維盧伊岩漿岩，然後在二疊紀和三疊紀產生了西伯利亞岩漿岩，又在侏羅紀和白堊紀的北冰洋底部造成了火山活動， 最後在冰島造成火山噴發 ^[6]  。另一個可能的成因是形成南極洲威爾克斯地隕石坑的隕石撞擊，據估計，這次撞擊大約在同一時間發生，並且位置與西伯利亞岩漿岩基本處於在地球的軸向上相對的位置 ^[7]  。

西伯利亞岩漿岩的主體由持續時間短的玄武質岩漿噴發形成，稱為洪流式玄武岩火山作用(flood basalt volcanism) ^[3]  。雖然主要成分是玄武岩，但西伯利亞岩漿岩包含許多鹼性(超)鎂鐵質至長英質侵入複合體，形式為層狀侵入體、深成岩體、岩牀、巖牆等，證明其岩漿作用的複雜性 ^[8]  。

因為與二疊紀末大滅絕事件的可能聯繫，形成西伯利亞岩漿岩的大規模火山事件一直備受關注，而在探討二者的因果關係之前必須先確定它們發生的時間。對玄武岩全巖以及單獨分離出的斜長石進行⁴⁰Ar/³⁹Ar定年，均顯示噴發時間在250 Ma左右 ^[9]  。U-Pb同位素稀釋熱電離質譜(IDTIMS)測年法提供了更精確的定年結果，顯示火山作用在251.7±0.4 Ma開始，在251.1±0.3 Ma活動減弱，主要階段在250.2±0.3 Ma就已經停止，這與之前測得二疊紀末大滅絕的時代251.4±0.3 Ma是耦合的 ^[10]  。有研究者在泰米爾地區的中部和南部獲得了249±5.2 Ma, 241±6.5 Ma, 和241±3 Ma的測年結果，代表更晚期的火山作用 ^[4]  。區域內最年輕的定年結果是229.0±0.4 Ma，來自諾里爾斯克地區的花崗閃長巖侵入體 ^[10]  。

從大量的年代學研究結果來看，形成西伯利亞岩漿岩的火山活動持續了22~26百萬年，一系列的小型噴發事件一直持續到中晚三疊世 ^[4]  ，但其主要階段可能只持續了不到一百萬年，與二疊紀末大滅絕的時代耦合 ^[8]  。

爆發性的火山作用會使灰塵和氣體被迅速注入大氣中，然後在一年左右的時間內通過沉降和降水清除；而洪流式玄武岩火山作用會長期釋放氣體和氣溶膠，噴發的持續時間遠遠超過一些大氣污染物的停留時間，尤其是SO₂和鹵素 ^[9]  。形成西伯利亞岩漿岩的大規模火山作用在幾十萬年期間不斷釋放大量CO₂，使大氣、海洋和生物體淨增加的碳總量可能達到18000 Gt，而且由於當時海洋高温、酸化，溶解的氣體減少，因此可能有更多CO₂在大氣中滯留 ^[9]  ，加劇温室效應。這樣相對較短時間的大規模CO₂釋放，與二疊紀末大滅絕期間出現的-4‰碳負漂是相符的 ^[11]  。除了温室氣體，火山作用還釋放了大量硫化物和HCl等鹵素，對大氣造成嚴重污染 ^[12]  。大氣硫化物的增加對應了這一時期硫同位素的顯著負漂(範圍由−0.16‰至−21.52‰)，並與陸地生物的滅絕存在耦合關係 ^[13]  。

形成西伯利亞岩漿岩的火山事件造成的氣候變化，很可能是二疊紀末大滅絕及其後生態系統延遲復甦的主要原因。在這次大滅絕中，出現了全球範圍的致命高温，海面年平均温度達到約36℃，伴隨着海洋的缺氧、酸化 ^[2]  ；80~96%的海洋生物物種、70%的陸地脊椎動物物種消失，是顯生宙以來規模最大的生物大滅絕事件 ^[14]  。大滅絕後，生態系統整體呈“延遲復甦”的模式，至8~9百萬年後的中三疊世早期才形成具有完整營養層級的、穩定、複雜的生態系統 ^[14]  。