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2.5億年前 是誰“謀殺”了海洋中的八成生物

2020-05-14 科技日報 張曄
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科研人員在挖掘巖芯取樣受訪者供圖

  二疊紀末,海洋生命遭受有史以來最慘烈打擊,超過80%的海洋生物和大部分陸地生物滅亡。天體撞擊、氣候變暖、火山噴發……

  回溯地質歷史,地球曾經發生過5次重大生物滅絕事件,這些事件造成當時海洋中至少75%的物種在短時間內滅絕。直到今天,各國科學家經過多年的研究,雖然提出過多種假說,但對生物大滅絕的原因存有爭議。

  科技日報記者近日從中科院南京地質古生物研究所獲悉,該所科研團隊與美國學者合作,對地球歷史上最大規模的一次海洋生物滅絕展開了研究。2.5億年前的二疊紀末,一次史無前例的生物大滅絕,讓超過80%的海洋生物和大部分陸地生物滅亡。這是有史以來海洋生命遭受的最慘烈打擊。

  十多年前,在浙江省長興縣煤山跨越二疊紀-三疊紀轉折期的一段地層剖面,中科院南京地質古生物研究所的科研團隊進行了科研鉆探取樣工作,而這次獲取的巖芯中可能暗藏著大滅絕“罪魁禍首”的蛛絲馬跡。

  究竟是什么導致了二疊紀末海洋生物大滅絕?是天體撞擊,海洋酸化還是地球變暖?其他幾次生物大滅絕的原因又是什么?這個神秘“殺手”會不會再次出現,上演第六次生物大滅絕?記者帶著問題采訪了領導此項研究的中科院南京地質古生物研究所研究員張華。

  史上最嚴重的生物大滅絕

  到目前為止,地球歷史上有過5次非常大的滅絕事件,其中,二疊紀末生物大滅絕毫無爭議地被公認為地質歷史時期嚴重的一次滅絕事件。

  過去,由于統計尺度較粗,二疊紀生物大滅絕曾被認為發生在很長的時間(大約1000萬年)內。

  后來,經過進一步研究,科學家發現二疊紀生物大滅絕分為兩個階段:一次發生在瓜達魯普世末(約2.6億年前),可能與當時的峨眉山玄武巖大規模噴發有關;另一次發生在二疊紀末期(約2.5億年前)。“目前通常所說的二疊紀末生物大滅絕,是指發生在二疊紀-三疊紀之交的生物滅絕事件。”張華說。

  人們熟知的三葉蟲,是當時一種比較常見的生物,在我國許多地方都能挖掘到它的化石。在5億年前的海洋中,三葉蟲曾占據主導地位,堪稱海中霸主。但在這一次大滅絕中,三葉蟲徹底消失了,再也沒有出現過。

  不僅是三葉蟲,這次生物大滅絕造成古生代非常繁盛的動物群中許多主要門類滅絕或者大幅減少。比如四射珊瑚、橫板珊瑚、海蕾類等均遭受滅頂之災, 從此銷聲匿跡;還有古生代晚期腕足動物,在大滅絕層位明顯小型化,曾經繁盛的長身貝目、扭月貝目、石燕目和直形貝目等均滅絕。

  與此同時,地球的陸地生態系統也遭受重大打擊。據張華介紹,當時的地球大陸與現在完全不同,上億年的板塊運動,到了二疊紀全球各個主要大陸拼在一起,成為一個名為“泛古陸”的超級大陸。在廣闊的陸地上,滋養了許多植物和動物,比如在華南地區以大羽羊齒為代表的熱帶雨林植物群,二疊紀晚期占主導地位的脊椎動物二齒獸等。

  但是,在這次空前的大滅絕中,以大羽羊齒為代表的熱帶雨林植物群基本消失,以二齒獸為代表的脊椎動物群也受到重大打擊,數量銳減。

  張華告訴記者,古生物學家根據化石記錄進行了統計,約有95%的海洋生物物種和約75%的陸地生物物種慘遭滅絕。

  海洋明顯缺氧致生物“憋死”

  在寒武紀生命大爆發之后的近3億年時間里,地球表面的海陸不斷變幻,生命不斷升級,每一紀都是新舞臺,每一紀都有新“演員”登場。

  同時,也有大量物種淘汰,包括那些不可一世的霸主。那么,究竟是誰在支配地球生命的輪回?

  據張華介紹,二疊紀末生物大滅絕是地球史上最嚴重的事件,如果能夠找出確切原因,將有助于揭開其他幾次生物大滅絕的面紗,關于二疊紀末生物大滅絕的原因有多種猜測,比較流行的是火山噴發。

  也曾經有學者提出天體撞擊造成二疊紀末生物大滅絕,地外的小行星或者彗星撞擊地球,肯定會帶來災難性的后果,比如,它會帶來地球磁極倒轉、在陸地上引發大火、在海洋中引發巨型海嘯。但是,這種觀點沒有足夠的證據支撐,一直受到多方質疑。

  而火山爆發的觀點則更令人信服。俗話說分久必合,合久必分。地球大陸經過板塊運動拼接在一起后,并未停止活動,地球內部強大的力量推動板塊相互擠壓,造成大規模的火山噴發,泛大陸也于二疊紀末期逐漸分裂。在位于俄羅斯的西伯利亞,至今還留有大量的火山噴發痕跡。有人認為,那是地球史上規模最大的火山噴發,噴射出大量的溫室氣體和礦物質。

  張華帶領的科研團隊在對浙江長興縣的一段地層剖面展開研究發現,這段地層曾是遠古海洋,記錄了大滅絕前后約50萬年的海洋地質歷史。

  他們對地層樣品中鐵、鉬、鈾、釩等對氧化還原非常敏感的元素進行分析。結果顯示,生物大滅絕期間,海洋處于缺氧狀態,且大滅絕結束后一段時間,缺氧情形仍沒有顯著改變。此外,地層樣品中還發現了缺氧環境中常見的硫化物。

  “我們比對了其他研究,發現大滅絕前后,全球海洋普遍出現了缺氧狀況。我們認為,很可能是當時的火山噴發等地質事件產生了大量還原性物質,并輸入海洋。海水里的氧氣被大量消耗,普遍性的缺氧出現,最終大部分海洋生物死亡。”張華說。

  地球環境突變存在幕后黑手

  目前,地球上一共有約150萬種生物。這個數字聽起來非常多,但其實只占地球曾經擁有的物種總數的1%。也就是說,地球上曾經居住著1.5億種生物,而如今,它們中的99%都滅絕了。

  很多物種消失于顯生宙的5次生物大滅絕,分別發生在4.3億年前的奧陶紀末、3.7億年前的晚泥盆世、2.5億年前的二疊紀末、2億年前的三疊紀末以及6600萬年前的白堊紀末,恐龍的滅絕就發生在白堊紀末。

  科學家們曾經列舉了不下20種可能造成整個生物圈毀滅的原因。

  張華告訴記者,已有研究表明,6億年以來生命在不斷地演化,還沒有任何天外事件曾經毀滅整個地球生物圈,所有這些生物大滅絕事件幾乎都伴隨有劇烈的全球性環境變化。

  這些環境和氣候變化包括冰室效應或溫室效應,并導致大氣溫度劇烈變化、海洋酸化和缺氧、海洋微生物爆發等現象出現, 所有這些都說明劇烈的氣候環境變化是導致生物大滅絕發生的原因。

  “其幕后黑手大多指向地球內部活動造成的大規模火山噴發。”張華說,即便是公眾關注的白堊紀末生物大滅絕事件,也逐漸被證實與印度的德干玄武巖噴發有密切聯系。

  因此專家認為,大規模火山噴發觸發埋藏于地下的甲烷和二氧化碳等溫室氣體在短時間內快速釋放,這些溫室氣體進入大氣后引發地表環境劇烈變化,從而造成生物大滅絕。

  自從有人類記錄以來,地球還沒有觀察到上千平方公里的大規模火山噴發的現象。但是人類對地球環境帶來了前所未有的改變,造成大量二氧化碳進入大氣,如果這種趨勢長期保持下去,那么地球生物圈進入新一輪大滅絕在所難免。

打印 責任編輯:侯茜

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