[论文解读] Anoxia duirng the Late Permian Binary Mass Extinction and Dark Matter

Samar Abbas, Afsar Abbas+1 more|arXiv (Cornell University)|May 26, 1998

Paleontology and Stratigraphy of Fossils参考文献 7被引用 3

一句话总结

本文提出，暗物质与地球地核的相互作用引发了晚二叠纪的火山脱气作用，导致缺氧并引发二元质量灭绝——首次出现在瓜德鲁普世末期（约260 Ma），随后出现在二叠纪末期（约253 Ma）。该模型通过单一机制解释了双重灭绝脉冲和广泛缺氧现象：即暗物质诱导的地球内部加热，源于地幔中WIMP湮灭产生的热能。

ABSTRACT

Recent evidence quite convincingly indicates that the Late Permian biotic crisis was in fact a binary extinction with a distinct end-Guadalupian extinction pulse preceding the major terminal end-Permian Tartarian event by 5 million years. In addition anoxia appears to be closely associated with each of these end-Paleozoic binary extinctions. Most leading models cannot explain both anoxia and the binary characteristic of this crisis. In this paper we show that the recently proposed volcanogenic dark matter scenario succeeds in doing this.

研究动机与目标

• 解释晚二叠纪的双重灭绝脉冲，特别是瓜德鲁普世末期和二叠纪末期事件。
• 解释为何两种灭绝事件均与持续存在的缺氧现象相关，这一特征在传统模型中未能得到解释。
• 利用一种新颖的天体物理机制，将二元灭绝模式与缺氧现象整合为单一因果框架。
• 检验火山成因暗物质假说作为解释观测到的地球化学与古生物学数据的可行性。

提出的方法

• 采用近期提出的火山成因暗物质假说，即弱相互作用大质量粒子（WIMPs）在地球地核中累积。
• 模拟WIMP在地球地幔中湮灭所释放的能量，导致地热通量增强。
• 模拟因地幔对流和熔融增强而引发的火山脱气作用，释放CO2及其他气体。
• 将由此导致的大气与海洋缺氧现象与晚二叠纪的化石和沉积记录相联系。
• 利用WIMP诱导加热的峰值时间，与两次灭绝脉冲之间500万年的间隔相匹配。
• 将预测的缺氧水平与灭绝模式，与瓜德鲁普世和二叠纪-三叠纪界线层的地质证据进行对比。

实验结果

研究问题

• RQ1 火山成因暗物质假说能否解释晚二叠纪观测到的双重灭绝脉冲？
• RQ2 该模型是否能够解释在两次灭绝事件期间海洋沉积层中记录的广泛缺氧现象？
• RQ3 两次灭绝脉冲之间500万年的间隔是否与地球地核中WIMP累积与湮灭的时间尺度一致？
• RQ4 与传统的火山或构造驱动因素相比，WIMP诱导的地球内部加热在能量输出和持续时间方面有何差异？
• RQ5 该模型能否再现地质记录中观测到的缺氧与碳同位素异常的地球化学特征？

主要发现

• 暗物质假说成功解释了晚二叠纪灭绝的二元性及其伴随的缺氧现象。
• 该模型预测两次灭绝脉冲之间存在500万年的间隔，与瓜德鲁普世末期和二叠纪末期事件的地质记录相符。
• 缺氧由WIMP诱导的火山脱气作用引发，释放CO2及其他气体，导致海洋脱氧。
• WIMP在地球地核中湮灭所释放的能量，提供了一个持续的热源，足以触发长期的火山活动。
• 峰值加热时间与二叠纪末期灭绝的起始时间一致，支持了因果关联。
• 该模型为两次灭绝脉冲与缺氧现象提供了统一的解释，克服了现有仅基于火山活动或撞击事件模型的局限性。