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2.5亿年前 是谁“谋杀”了海洋中的八成生物

2020-05-14 00:00 来源:科技日报 本报记者 张 晔

  二叠纪末,海洋生命遭受有史以来最惨烈打击,超过80%的海洋生物和大部分陆地生物灭亡。天体撞击、气候变暖、火山喷发……

  回溯地质历史,地球曾经发生过5次重大生物灭绝事件,这些事件造成当时海洋中至少75%的物种在短时间内灭绝。直到今天,各国科学家经过多年的研究,虽然提出过多种假说,但对生物大灭绝的原因存有争议。

  科技日报记者近日从中科院南京地质古生物研究所获悉,该所科研团队与美国学者合作,对地球历史上最大规模的一次海洋生物灭绝展开了研究。2.5亿年前的二叠纪末,一次史无前例的生物大灭绝,让超过80%的海洋生物和大部分陆地生物灭亡。这是有史以来海洋生命遭受的最惨烈打击。

  十多年前,在浙江省长兴县煤山跨越二叠纪-三叠纪转折期的一段地层剖面,中科院南京地质古生物研究所的科研团队进行了科研钻探取样工作,而这次获取的岩芯中可能暗藏着大灭绝“罪魁祸首”的蛛丝马迹。

  究竟是什么导致了二叠纪末海洋生物大灭绝?是天体撞击,海洋酸化还是地球变暖?其他几次生物大灭绝的原因又是什么?这个神秘“杀手”会不会再次出现,上演第六次生物大灭绝?记者带着问题采访了领导此项研究的中科院南京地质古生物研究所研究员张华。

  史上最严重的生物大灭绝

  到目前为止,地球历史上有过5次非常大的灭绝事件,其中,二叠纪末生物大灭绝毫无争议地被公认为地质历史时期严重的一次灭绝事件。

  过去,由于统计尺度较粗,二叠纪生物大灭绝曾被认为发生在很长的时间(大约1000万年)内。

  后来,经过进一步研究,科学家发现二叠纪生物大灭绝分为两个阶段:一次发生在瓜达鲁普世末(约2.6亿年前),可能与当时的峨眉山玄武岩大规模喷发有关;另一次发生在二叠纪末期(约2.5亿年前)。“目前通常所说的二叠纪末生物大灭绝,是指发生在二叠纪-三叠纪之交的生物灭绝事件。”张华说。

  人们熟知的三叶虫,是当时一种比较常见的生物,在我国许多地方都能挖掘到它的化石。在5亿年前的海洋中,三叶虫曾占据主导地位,堪称海中霸主。但在这一次大灭绝中,三叶虫彻底消失了,再也没有出现过。

  不仅是三叶虫,这次生物大灭绝造成古生代非常繁盛的动物群中许多主要门类灭绝或者大幅减少。比如四射珊瑚、横板珊瑚、海蕾类等均遭受灭顶之灾, 从此销声匿迹;还有古生代晚期腕足动物,在大灭绝层位明显小型化,曾经繁盛的长身贝目、扭月贝目、石燕目和直形贝目等均灭绝。

  与此同时,地球的陆地生态系统也遭受重大打击。据张华介绍,当时的地球大陆与现在完全不同,上亿年的板块运动,到了二叠纪全球各个主要大陆拼在一起,成为一个名为“泛古陆”的超级大陆。在广阔的陆地上,滋养了许多植物和动物,比如在华南地区以大羽羊齿为代表的热带雨林植物群,二叠纪晚期占主导地位的脊椎动物二齿兽等。

  但是,在这次空前的大灭绝中,以大羽羊齿为代表的热带雨林植物群基本消失,以二齿兽为代表的脊椎动物群也受到重大打击,数量锐减。

  张华告诉记者,古生物学家根据化石记录进行了统计,约有95%的海洋生物物种和约75%的陆地生物物种惨遭灭绝。

  海洋明显缺氧致生物“憋死”

  在寒武纪生命大爆发之后的近3亿年时间里,地球表面的海陆不断变幻,生命不断升级,每一纪都是新舞台,每一纪都有新“演员”登场。

  同时,也有大量物种淘汰,包括那些不可一世的霸主。那么,究竟是谁在支配地球生命的轮回?

  据张华介绍,二叠纪末生物大灭绝是地球史上最严重的事件,如果能够找出确切原因,将有助于揭开其他几次生物大灭绝的面纱,关于二叠纪末生物大灭绝的原因有多种猜测,比较流行的是火山喷发。

  也曾经有学者提出天体撞击造成二叠纪末生物大灭绝,地外的小行星或者彗星撞击地球,肯定会带来灾难性的后果,比如,它会带来地球磁极倒转、在陆地上引发大火、在海洋中引发巨型海啸。但是,这种观点没有足够的证据支撑,一直受到多方质疑。

  而火山爆发的观点则更令人信服。俗话说分久必合,合久必分。地球大陆经过板块运动拼接在一起后,并未停止活动,地球内部强大的力量推动板块相互挤压,造成大规模的火山喷发,泛大陆也于二叠纪末期逐渐分裂。在位于俄罗斯的西伯利亚,至今还留有大量的火山喷发痕迹。有人认为,那是地球史上规模最大的火山喷发,喷射出大量的温室气体和矿物质。

  张华带领的科研团队在对浙江长兴县的一段地层剖面展开研究发现,这段地层曾是远古海洋,记录了大灭绝前后约50万年的海洋地质历史。

  他们对地层样品中铁、钼、铀、钒等对氧化还原非常敏感的元素进行分析。结果显示,生物大灭绝期间,海洋处于缺氧状态,且大灭绝结束后一段时间,缺氧情形仍没有显著改变。此外,地层样品中还发现了缺氧环境中常见的硫化物。

  “我们比对了其他研究,发现大灭绝前后,全球海洋普遍出现了缺氧状况。我们认为,很可能是当时的火山喷发等地质事件产生了大量还原性物质,并输入海洋。海水里的氧气被大量消耗,普遍性的缺氧出现,最终大部分海洋生物死亡。”张华说。

  地球环境突变存在幕后黑手

  目前,地球上一共有约150万种生物。这个数字听起来非常多,但其实只占地球曾经拥有的物种总数的1%。也就是说,地球上曾经居住着1.5亿种生物,而如今,它们中的99%都灭绝了。

  很多物种消失于显生宙的5次生物大灭绝,分别发生在4.3亿年前的奥陶纪末、3.7亿年前的晚泥盆世、2.5亿年前的二叠纪末、2亿年前的三叠纪末以及6600万年前的白垩纪末,恐龙的灭绝就发生在白垩纪末。

  科学家们曾经列举了不下20种可能造成整个生物圈毁灭的原因。

  张华告诉记者,已有研究表明,6亿年以来生命在不断地演化,还没有任何天外事件曾经毁灭整个地球生物圈,所有这些生物大灭绝事件几乎都伴随有剧烈的全球性环境变化。

  这些环境和气候变化包括冰室效应或温室效应,并导致大气温度剧烈变化、海洋酸化和缺氧、海洋微生物爆发等现象出现, 所有这些都说明剧烈的气候环境变化是导致生物大灭绝发生的原因。

  “其幕后黑手大多指向地球内部活动造成的大规模火山喷发。”张华说,即便是公众关注的白垩纪末生物大灭绝事件,也逐渐被证实与印度的德干玄武岩喷发有密切联系。

  因此专家认为,大规模火山喷发触发埋藏于地下的甲烷和二氧化碳等温室气体在短时间内快速释放,这些温室气体进入大气后引发地表环境剧烈变化,从而造成生物大灭绝。

  自从有人类记录以来,地球还没有观察到上千平方公里的大规模火山喷发的现象。但是人类对地球环境带来了前所未有的改变,造成大量二氧化碳进入大气,如果这种趋势长期保持下去,那么地球生物圈进入新一轮大灭绝在所难免。

(责任编辑:王蔚)

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