第三次生物大灭绝( 三 ) _生活百科

Miracle Planet；地球大进化～46亿年?人类への旅）电视节目，提出火山爆发形成的轻微全球暖化，导致甲烷水合物的气化；由于甲烷气体对全球暖化的影响，是二氧化碳的45倍，甲烷水合物的气化进而导致不断循环的全球暖化。甲烷水合物的气化科学家们已在全球许多地点的二叠纪末碳酸盐矿层中，发现当时的碳13/碳12比例有迅速减少的迹象，减少了约10‰左右。从二叠纪末开始，碳13/碳12比例发生了一系列的上升与下降现象，直到三叠纪中期才稳定、停止；而发生于二叠纪末的第一次变动，是其中规模最大、最迅速的变动。在三叠纪中期，碳13/碳12比例稳定之后，可製造碳酸钙外壳的动物开始复原。碳13/碳12比例的下降，可能有以下多种因素：火山爆发产生的气体，其碳13/碳12比例低于正常值约5~8‰ 。但若要使全球的碳13/碳12比例下降约10‰，其火山爆发的规模将超越目前已知的任何地质纪录。生物活动降低，使环境中的碳12更慢被摄取，更多碳12进入沉积层，而使碳13/碳12比例降低。所有的化学反应是建立在原子间的电磁力。较轻的同位素，其化学反应较快。所以生物化学过程会用到较轻的同位素。但关于古新世-始新世交替时期最大热量（PETM）事件的研究发现，该时期的碳13/碳12比例小幅降低约3到4‰ 。根据假设，即使将全部的有机碳（包含生物、土壤、海洋）进入土壤沉积层中，也不会达到古新世/始新世交替时的小幅度碳13/碳12比例下降。由此可知生物活动降低不是二叠纪末期的碳13/碳12比例降低的原因。埋在沉积层中的死亡生物，体内的碳13/碳12比例小于正常值约20到25‰ 。就理论上而言，如果海平面迅速降低，浅海地区的沉积层曝露到空气后，开始氧化作用。但若要使全球的碳13/碳12比例下降约10‰，要有6.5到8.4兆吨有机碳经氧化后形成，而沉积层本身需要数十万年的氧化。这似乎不太可能发生。间歇性海洋高氧与缺氧事件，也可能是三叠纪早期的碳13/碳12比例下降的原因。全球性的海洋缺氧现象，本身也是灭绝事件的原因之一。二叠纪末期到三叠纪早期的陆地，多为热带地区。热带的大型河流会将沉积层中有有机碳带入海洋，尤其是低纬度的邻近海盆。生物化学过程会用到较轻的同位素，所以有机碳的碳13/碳12比例低。大量有机碳的迅速（以相对而言）释放与沉降，可能会引发间歇性的高氧/缺氧事件。元古宙晚期到寒武纪交接时期，也曾发生碳13/碳12比例的下降，可能与此相关，或是其他与海洋相关的因素。甲烷水合物即俗称的可燃冰，大部分位在大陆棚，被视为未来的潜在能源之一。其他的理论则有：海洋大量释放二氧化碳、以及全球的碳循环系统经历长时间的重整。但最有可能导致全球性碳13/碳12比例下降的因素，是甲烷水合物气化产生的甲烷。而利用碳循环模型模拟的结果，甲烷最有可能导致如此大幅的下。甲烷水合物是固态形式的水于晶格（水合物）中包含大量的甲烷。甲烷是由甲烷菌製造，碳13/碳12比例低于正常值约60‰ 。甲烷在特定的压力与温度下，会形成包合物，例如永冻层的近表层，并在大陆棚、更深的海床等地区大量形成。甲烷水合物通常出现在海平面300米以下的沉积层。最深可在水深2000米处发现，但大部分在水深1100米以上。西伯利亚暗色岩火山爆发产生的熔岩面积，是以往认定的两倍以上，新发现的熔岩地区，在二叠纪末时几乎是浅海。极有可能这些浅海地区蕴含甲烷水合物，而火山爆发产生的熔岩流入海床后，促使甲烷水合物的汽化。由于甲烷本身是种非常强的温室气体，大量的甲烷被视为造成全球暖化的主要原因。证据显示该时期的全球气温上升，赤道区上升约6°C，高纬度地区上升更多。例如：氧18/氧16比例的下降、舌羊齿植物群（舌羊齿与生存于相同地区的植物）消失，由生存于低纬度的植物群取代。要造成如此大的气候变迁，所需要的甲烷量，是引发古新世-始新世交替时期最大热量的五倍。但三叠纪早期曾出现大量碳13，使碳13/碳12比例迅速增加，而后下降。海平面改变当原本沉浸的海床露出海平面时，会造成海退。海平面的下降会使浅海的生存区域减少，破坏当地的生态系统。浅海的可栖息地，富含食物炼下层的生物，这些生物的减少，使赖其以维生的生物竞争食物更激烈。海退与灭绝事件之间似乎有部份关联，但另有证据认为两者间没有关係，而海退会形成新的栖息地。海平面的变化，同时也导致海底沉积物的变化，并影响海水温度与盐度，进一步造成海生生物的多样性衰退。海洋缺氧有证据显示，二叠纪末期的海洋发生了缺氧事件。在格陵兰东部的一个二叠纪末期海相沉积层，指出当时有明显、快速的海洋缺氧现象。而数个二叠纪末沉积层的铀/钍比例，也指出在这次灭绝事件发生时，海洋有严重的缺氧现象。缺氧事件可能导致海洋生物的大量死亡，只有栖息于海底泥层、可以进行缺氧呼吸的细菌不受影响。另有证据显示，这次海洋缺氧事件，造成海床大量释放硫化氢。海洋缺氧事件的原因，可能是长时间的全球暖化，降低赤道区与极区之间的温度梯度，进而造成温盐环流系统的缓慢，甚至停止。温盐环流系统的缓慢或停止，可能使得海洋中的含氧量减少。但是，某些研究人员架构出二叠纪末期的海洋温盐环流系统，认为当时的温盐环流系统无法解释深海区域的缺氧现象。硫化氢二叠纪末期发生的海洋缺氧事件，可能使硫酸盐还原菌成为海洋生态系统中的优势物种，包含脱硫桿菌目、脱硫弧菌目、互营桿菌目、热脱硫桿菌门，这些生物会製造大量的硫化氢，过量的硫化氢会对陆地、海洋中的动植物造成毒害，并破坏臭氧层，使生物暴露在紫外线下。在二叠纪末到三叠纪早期发现许多绿菌，它们进行不产氧光合作用，释放出硫化氢。绿菌的兴盛时期，与二叠纪末灭绝事件和事后的长期复原，时期相符。大气层中的二氧化碳增加，植物却大规模灭亡，硫化氢理论可以解释植物的大规模灭亡。二叠纪末地层中的孢子化石，多数带有不正常特徵，可能是由硫化氢破坏臭氧层，大量的紫外线进入地表造成。盘古大陆的形成在二叠纪中期（约是乌拉尔世的空谷阶），几乎地表的所有大陆聚合成盘古大陆，盘古大陆由泛大洋环绕着，而东亚部份直到二叠纪末期才与盘古大陆聚合。盘古大陆的形成，使得全球大部分的浅水区域消失，而浅水区域是海洋中最多生物栖息的部份。原本隔离的大陆架连线之后，使彼此独立的生态系统开始互相竞争。盘古大陆的形成，造成了单一的海洋循环系统，以及单一的大气气候系统，在盘古大陆的海岸形成季风气候，而广大的内陆则形成乾旱的气候。在盘古大陆形成后，海洋生物数量减少，灭亡比例接近其他大型灭绝事件。盘古大陆的形成，似乎对陆地生物没有造成严重的变化，二叠纪晚期的兽孔目反而因此扩大生存领域、更为多样性。盘古大陆的形成，使海洋生物开始减少，但不是导致二叠纪末灭绝事件的直接原因。多重原因二叠纪-三叠纪末灭绝事件的产生原因，可能由上述事件连锁、交错形成，并日趋严重。西伯利亚暗色岩的火山爆发，除了产生大量的二氧化碳与甲烷，也破坏邻近地区的煤层与大陆架。接下来的全球暖化，平均温度上升至70℃，间接导致地质历史中最严重的海洋缺氧事件。海洋的缺氧，使硫化菌等进行不产氧的化能自养生物兴起，它们释放出大量的硫化氢，进而使大气硫化氢含量上升，毒害陆地生物。但是，这连锁、交错的事件，部分环节相当薄弱。碳13/碳12比例的变动，被认为与大量释放的甲烷有关，但两者在三叠纪早期的变动模式，并不吻合。二叠纪末期的海洋温盐环流系统，不会造成深海区域的缺氧事件。灭绝事件具体过程2.51亿年前，是古生代的最后时期——二叠纪晚期。此时的地球与现在的有很大不同：所有陆地连在一起，形成一块超级大陆：盘古大陆（泛大陆）。盘古大陆的生境比今天要简单得多：60%的土地都由茂密针叶林覆盖，其余的部分由贫瘠的沙漠构成。这些针叶林如同现今的热带雨林一样，物种构成非常丰富。那时，无孔爬行动物尚未成为地球霸主，恐龙也未出现，真正的霸主是哺乳动物的祖先：似哺乳爬行动物（合弓纲）。与大多数哺乳动物一样，这些动物是胎生的，一些物种长有毛髮和鬍鬚。而且它们是首批恆温动物（温血动物），也就是说，它们的体温是恆定的，不会随着周围温度变化。陆地上的顶级捕食者要属丽齿兽。丽齿兽身长约3.5米，体重约300千克。丽齿兽是目前发现的第一种长出犬齿的动物，它的犬齿长达9厘米，锋利异常，且带有锯齿，奔跑时速达到100千米。而且它们的脑容量很大，成群活动。陆地上也生活着许多大型植食性动物，如麝足兽、始巨鳄、二齿兽、水龙兽、前缺齿兽，这些动物都属于似哺乳爬行动物。龟类的祖先;——斯龙（西伯利亚杯龙）在当时也很常见。它们体态都很笨重，经常被丽齿兽捕食。森林中的动物们悠闲自在地生活着，谁都没有意识到，地球有史以来最严重的自然灾难快要发生了。这次灾难的罪魁祸首是融化的玄武岩：在此之前的数十万年，地幔中的岩浆活动异常剧烈，这导致地幔的剩余空间产生了巨大的压力。地幔就像一个巨大的压力锅，处于爆炸的边缘。2.511亿年前，现今的西伯利亚，丛林中的二齿兽和水龙兽正在觅食。它们闻到了一股奇怪的气味，这其实是硫磺气体的味道。如果人类在这里，一定知道灾难即将发生。好奇心驱使它们暂停觅食，留在了原地。突然，整座森林剧烈的摇晃起来，紧接着，随一声巨响，地幔中不可计数的硫磺气体在巨大的压力下，将地壳炸开了一个直径达50千米，直通地幔的大口。20000立方千米的碎岩石被爆炸产生的气浪卷到了数万米的高空，随后又散落到方元数千千米的地区，这如同小行星撞击地球一样，威力极大。可这，仅仅是灾难的开始。在地壳被炸开后约一个时辰，数万亿立方千米的融化玄武岩，从这个大口中喷涌而出。数十条长度超过1000千米，宽数百米的裂缝，出现在了西伯利亚的地面上，也开始喷发岩浆。在这範围内的任何生物，自然任何没有生存的可能。岩浆持续喷发了数万年，覆盖了方元数万千米的所有地势低洼地区，并最后覆盖了盘古大陆面积的一半。岩浆烧毁了大片森林，破坏了食物链的基础。在全球範围内，从植食性动物到顶级掠食者都在饥饿中艰苦地挣扎，大批动物因此灭绝。火山喷发，同时还喷出了大量的有毒气体。大量的二氧化碳与二氧化硫扩散到了大气中，遮天蔽日。火山喷发出的热气无法扩散，导致全球气温剧烈升高。全球平均温度，从灾难发生前的16摄氏度，在数十年间迅速升高至40摄氏度。这摧毁了剩余的大部分植物，使得饑荒更加严重。由于有毒气体与植物消失等因素，大气中的含氧量也迅速下降，动物们感到呼吸困难，这也摧毁了很多动物。灾难过后数十年，大气中的含氧量己经下降到10%以下，二氧化硫却上升至6%，二氧化碳高达10% 。高温将大片海洋蒸发，因为海水蒸发，全球的湿度都高达80%以上。水蒸气与二氧化硫发生化学反应，形成酸雨。连续数万年的酸雨的泛滥使植物的数量进一步减少，土壤发生酸化。西伯利亚暗色岩地区储藏着大量的煤炭，这些煤炭在高温下产生了一种有毒气体——甲烷。这加快了全球变暖的速度，使全球平均温度上升至70摄氏度。灾难来临五万年后，二氧化硫与二氧化碳的浓度日益增高，完全遮住了太阳，地球陷入了长达40万年的漫漫长夜之中。如果从太空中看地球，很可能是褐色的，看起来比火星还要糟糕。正午12点与午夜12点看起来毫无差别，因为一切光源都被遮住。此时的地球失去了四季变化，因为全球的气温都高达70摄氏度，那幺洋流也会随之停止。众所周知，洋流运动会产生氧气，而如今，海洋中的含氧量几乎为零，这毁灭了大多数海洋生物。同时，70摄氏度的高温使得大量海水蒸发，世界平均海水深度可能只有现今的三分之一。二十万年过去了，岩浆终于停止了喷发。凝固的岩浆（玄武岩）积累在地表，厚达600多米。它们几乎完全覆盖了地表，西伯利亚地区的那个直径50千米的大洞也被凝固的岩浆塞住了。二氧化硫浓度停止了增加，新增的灭绝因素也逐渐减少，但此时，地球上的生命迹象已几乎消失，地球需要漫长的时间才能恢复生机。灾难发生五十万年后，剩余的植物不断繁衍，它们製造氧气，使得大气含氧量逐渐增加，二氧化硫等有毒气体也逐渐消散。全球气温再次降低，使大气中的水蒸气形成了大规模降雨，消失的海洋也再次出现。灭绝事件终于告一段落。二叠纪末期的西伯利亚暗色岩大灭绝事件，是地球有史以来最严重的灾难，它灭绝了98%的生物。在这场灾难中，似哺乳爬行动物（合弓纲）受到重创，顶级捕食者丽齿兽以及二齿兽、麝足兽、始巨鳄、前缺齿兽等植食性动物都永远的消失了，但是它们的近亲水龙兽却奇蹟般的存活了下来。所有哺乳动物的直系祖先，三尖叉齿兽——一种小型食虫性动物也活了下来。这场灾难也灭绝了有5亿年历史的古老节肢动物——大名鼎鼎的三叶虫。我们总结一下这场灭绝事件中的灾难因素：20000立方千米的碎岩、数万亿立方千米，覆盖整个陆地岩浆、二氧化硫、二氧化碳、甲烷等有毒气体、全球气温高达70摄氏度、连下数万年的酸雨，40万年的长夜、极低的含氧量，缺氧的海洋、蒸发的海水……这些因素叠加在一起，构成的地球发生过的最严重灾难——西伯利亚暗色岩灭绝事件。专家论点地球自有生命以来，历经了38亿年，发生过5次生物大灭绝事件。其中，二叠纪末生物大灭绝最为惨烈。这次大灭绝发生在什幺时间，到底有多快，是如何发生的……长期以来，古生物学家们都想揭开这个谜底。近日，中科院南京地质古生物研究所沈树忠研究员和他的晚古生代科研团队在国际着名学术刊物《科学》上发表了他们的最新研究成果：二叠纪末生物大灭绝发生在2.5228亿年前，仅用了20万年，地球就进入异常的萧条期。时间 2.5228亿年前“我们研究了我国华南、西藏以及巴基斯坦、克什米尔地区等18个地质剖面，建立了一系列的模拟关係，才解读出二叠纪末生物大灭绝的具体时间。”沈树忠说，每一次火山喷发后，火山灰都会沉积下来保存在地质当中。“二叠纪末的火山喷发规模非常宏大，很频繁。”沉积下来的火山灰呈灰白色，里面常常含有锆石、透长石、独居石等矿物。“我们通过对锆石这类物质进行测年，就可以知道火山灰是在什幺时间喷发的。我们这次是在麻省理工大学採用最先进的测年方式做的测年研究，精确度达0.09% 。”沈树忠说，他们的研究团队在浙江长兴煤山、四川广元等地都找到了大量火山灰，并对这些火山灰做了精细的测年工作。“煤山的地质剖面中第25层最为关键，正好是火山灰层，而且时间点就在2.5228亿年前。”原因岩浆火山气候共同作用谁是造成这次大灭绝的幕后推手？长期以来都是一个争论的热点。沈树忠他们通过研究发现，当时地球的二氧化碳浓度极高，还发生了碳同位素负漂离现象。沈树忠认为二叠纪末由于大规模地下岩浆活动造成地表甲烷释放以及火山喷发等的共同作用，使得当时大气二氧化碳浓度快速增加，温室效应加剧，海水缺氧，从而导致海洋生物大量灭绝。同时，全球气候快速变暖并乾旱化，造成全球範围内大规模森林野火事件频繁发生，使得森林快速消亡。森林的破坏又造成地表风化加剧，地表土壤系统快速崩溃。从此，地球进入一个长达五百万年以上的生命萧条期。