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破亿万年悬案 找出“生物大灭绝”真凶
本刊记者 唐元恺 • 2012-03-14 • 来源:北京周报 2012年第10期 3月8日出版
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依据联合研究组成员、曾任国际地质科学联合会二叠纪分委员会主席的加拿大卡尔加里大学地质学系教授查尔斯·安德森(Charles Henderson)的说法,虽然他们得到的结论分辨率看起来不如当今其它领域的科研实验结果那么高,“但就地质研究来说,是迄今为止最精确的。”

“2.5228亿年后的生物化石极少极少。”研究组另一位队员、中国科学院南京地质古生物研究所古植物学家王军研究员感慨道,“此次灾变显然不是一个假象,而真的是一次非常非常快的大灭绝事件。”

 

“推理”

查出“作案”具体时间的同时,“悬案真凶”与幕后推手也逐步浮出水面。而此前,有关二叠纪末生物大灭绝的原因,多年以来众说纷纭,假说不断,如火山喷发、行星撞击、海平面变化等,但始终没有定论。

在“取证”与研究过程中,碳同位素的离奇变化引起了研究小组的关注。测定碳同位素比值,是科研人员判断大气中二氧化碳(其分子式为CO₂)来源的一种方法。而生物的多样性与二氧化碳等指标有着密切的关系。沈树忠他们发现,在二叠纪末短短的1万到2万年内,地球的无机碳碳同位素突然大幅度变化,出现了5‰的波动。“这种大气中二氧化碳含量等的快速剧烈变化意味着,全球生物多样性面临灭顶之灾!”

“研究表明,当时地球的二氧化碳浓度极高。”沈研究员认为,二叠纪末的生物大灭绝,主因便是——地球岩浆活跃引起的火山喷发。

电影观众可能会联想到影片《2012》的场景:“美国黄石公园里的火山剧烈喷发,灰尘覆盖了北美大陆……”而有报道举例,1815年,印尼坦博拉火山喷发,是现代人类记载的最猛烈的火山喷发,它散放出600亿吨火山灰,距火山400公里的地方,火山灰仍深及小腿肚。根据研究,1816年的世界气温随之下降,印度和中国的农作物收成也减少了。去年年初,黄石火山的“活动”又引发不安,有媒体分析说,如果这一全球最大的火山爆发,美国2/3的国土将不适宜人类居住,全球温度也将迅速下降10℃以上。

“时间追溯到二叠纪末,地下岩浆在经过长期的‘平稳’之后,突然进入了‘活跃期’,其大规模的活动造成了地表温度升高、火山群体喷发以及甲烷释放等的共同作用,使得那时大气中二氧化碳浓度快速增加,温室效应加剧。沈树忠研究员说,“海底缺氧严重,从而导致海洋诸多生物也没能逃过这次劫难,在‘短短’的地质时间内大量灭绝……”

与此同时,气候迅速变暖,天气越来越热,并干旱化,造成全球范围内大规模森林野火事件频繁发生。研究人员在大灭绝地层层位的植物化石中,也找到了很多树木燃烧的证据。“我们发现当时树木大都经过燃烧,证明天气非常干燥,森林遭受大面积野火吞噬。”沈研究员表示,森林的破坏又进一步使得地表风化加剧,土壤的保护系统也随即沦陷崩溃。

此前,理论界普遍认为,有关二叠纪末期生物大灭绝的演进过程与生态系统的崩溃是先海洋后陆地。但以沈树忠研究员为首的研究团队利用生物地层、地质年龄和化学地层等多方面证据,在建立了可信的海陆生态系统变化直接对比关系后得出新的结论:陆地和海洋生态系统同时遭到快速毁灭性打击,几乎同一时间崩溃,地球生态圈经历了史上最大的毁灭。

“地下岩浆活动释放地表甲烷、火山喷发、二氧化碳浓度增加、温室效应等因素产生的影响对海、陆生态系统可以说是同步的,这在研究实例中能够得到证明。”沈研究员进一步表示,最具代表性的,是他们找到了当时位于赤道地区的以大羽羊齿类为代表的热带雨林植物群与海洋生物同时快速消亡的化石证据。“海陆生物灭绝是一致的,没有谁先谁后。”

他们还在全球首次建立起一个广泛区域内多剖面复合的生物大灭绝模式。过去,科学家采用的是单剖面的生物灭绝研究方式,这往往无法解释不同地区不同的灭绝模式。沈研究员团队的做法是,把几乎所有剖面进行联系,然后相互印证。

在吃住帐篷的日子里,他们还对分布在华南地区海陆地层中的29个火山灰层进行了系统采集和高精度的地质年龄测定,从而建立了二叠纪、三叠纪之交1450种化石的庞大而翔实的信息数据库,最后在最新电脑程序的帮助下,逐一克服研究程度差异、化石记录“保存”不完整性所造成的偏差等难题,运用计算机定量优化方法,找出了当时地球海陆生态系统同时全面崩溃的数据与直接证据。通过对中国西南地区多条海陆相和陆相剖面的生态地层、火山灰精确年龄、植物群、煤层分布、碳同位素变化、沉积特征等研究数据证实,在遭到快速毁灭性打击的短短20万年的跨度内,绝大多数生物根本来不及做出任何反应便宣告灭绝了。

作为古生代的最后一个纪(第6个纪),二叠纪是生物界的重要演化时期,各种生物繁荣盎然,种类要比目前地球上的物种多得多。“如果没有灭绝事件,也许我们有可能看到翅膀展开后可达2米多宽的蜻蜓。”沈研究员一声叹息。他的同事王军研究员则指出,“这次灾变,海陆生态同时遭到毁灭性打击,让地球生物用了长达500万年以上的时间来恢复,才度过生命的萧条期。”

不过,研究也显示,与此前及此后发生的历次生物大灭绝事件一样,此次短期内爆发的最大的生物灭绝事件,也不是短期促发的。“这种非突发事件,由环境带来的死亡空间就像是温水煮青蛙,不知不觉间生命就消失了。”沈研究员分析道。

在研究人员眼里,二叠纪末期的生物既没有直接遭遇火山爆发,又没有遇到陨石撞击,单单温室效应就足以致命。因为,它在加速海水蒸发,导致海平面下降的同时也让气候变得越来越干燥。加上火山喷发而让硫化物、二氧化碳的快速增加,大气温度越来越高。生活在海底和陆地的生物,凡是不能适应这种恶化的环境的只能留下来等死。

好在即便环境再险恶,还是有少数陆地和海洋物种虽历经“黑色的洗礼”,仍“坚强”地活了下来,地球生态系统也获得了一次最彻底的更新:占领海洋近3亿年的古生代生物“让位”给新生物种类群。沈研究员表示,留下来的生态空间,为接下来的三叠纪的陆地、海洋生物,甚至为很快出现的地球霸主恐龙等爬行类动物提供了生态发展的“机遇”,让其逐渐登上并活跃于历史舞台。有的物种“穿越”亿年至今,并仍在不断进化。“能存活下来的,都是抗环境压力较强、忍耐度比较高的生物,像珊瑚这样爱温暖、爱阳光的肯定不行,海豆芽、牙形类、菊石类等动物、苏铁类、银杏类、水榕类等植物却生存下来。”其中,陆地上“苏铁类”植物和现在的铁树很相近;银杏则有着“活化石”称号,它的“祖先”也坚强地生存了下来。

而对于科学界来说,“真凶”的揪出,在解除一些“嫌疑犯”的同时,更使得过去关于生物大灭绝模式的许多观点亟待重新认识。

“二叠纪末生物大灭绝的真相告诉我们,地球生态系统对地表环境恶化的反应也许是长期的,可一旦环境压力超越了生态系统的承受与承载能力,地表生态系统会在很短的时间内崩溃!”沈研究员警告说,“现在的地球环境,需要我们人类好好珍惜……”

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