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天崩地裂臭气弥漫 二叠纪末生物大灭绝事件(图)

来源:现代快报
2011年03月15日09:41

  火山不断喷发,气候干燥炎热,海水下降,臭气弥漫,在2.52亿年前的二叠纪末,地球上究竟发生了什么……


二叠纪的植物模拟图

  前不久,中国科学院南京地质古生物研究所研究的“中国的乐平统和二叠纪末生物大灭绝”项目获得了国家自然科学奖二等奖,这个项目对2.52亿年前地球上一次最严重的生物大灭绝事件进行了详细研究,在灭绝的时间和形成原因上提出了一些新观点,这项研究对评估当今的地球环境变化具有重要的启示。

  而在2.52亿年前,地球上究竟发生了什么?那时都有哪些生物?为什么后来都灭绝了?中国科学院南京地质古生物研究所的研究人员为记者进行了详细讲述。

  “在遥远的2.6亿~2.52亿年前,地球的这个历史阶段被称为乐平世。这时的地球上有一个名叫古特提斯洋的海洋,另外还有一个由冈瓦纳、劳亚和西伯利亚三块大陆板块构成的统一陆地,叫泛大陆,三面环抱着海洋。在这个海洋东部的深水区域里,生活着一大群稀奇古怪却又自由自在的生物,我们的故事也就从这里开始……”

  古特提斯海洋里有哪些独特的底栖生物

  这些生物可能自己也不知道自己的祖先来自哪里,因为那是太遥远的记忆了。但它们知道的是,除非发生巨大的灾难,不然它们是不会离开这里的,因为这里的环境多好啊:这里处于古特提斯海洋的中心,又靠近赤道,阳光充足,温度适宜,海水营养丰富,有着各种各样的“美食”;当然,海里也有一些大个子的家伙,这些家伙很凶猛,有锋利的牙齿,有的还长着闪闪发亮的鳞片,在海里横行霸道,不过那些被它们吃的小家伙们繁殖得也快,数量很多,所以大家都不怕哪天自己家族都被吃光了,一直相安无事。

  在这群生物里,最小的就是那些以海水中的营养物质为营养的细菌了,这些细菌小得几乎看不见,但它们数量惊人,随处可见,而且它们的生存能力最强,从地球上出现生物开始,它们就一直存在了。因为它们的存在,给比它们高一等的生物提供了食物来源。

  而比细菌大一些的生物可能就是那些珊瑚虫或有孔虫了,珊瑚的家族谱系非常庞大,比如有四射珊瑚、六射珊瑚、横板珊瑚等等,四射或六射是根据珊瑚虫的特征来命名的。


蜓类化石

  而在广阔的海底,还生活着另外一个大家族,那就是蜓类家族,蜓类不是我们现在说的蜻蜓家族,它是二叠纪古特提斯海洋中一个特有的“有孔虫”家族,可以说“前无古人,后无来者”。蜓类家族的个头也不大,一般只有几毫米,大的也就1厘米左右。蜓类家族也有很多分支,比如有个体非常小、像喇叭的喇叭蜓,还有像纺锤的古纺锤蜓,而大型的蜓类家族有新希瓦格蜓等。这些蜓类也喜欢聚集在一起生活,经常一发现就是一大群。

  再大一些的生物就有腕足类的贝壳,比如长身贝类、直形贝类等,那时候的贝壳和我们现在看到的不一样,这些贝壳的形状很奇特,就是两片壳不都是鼓起来的,其中有一片往往是凹进去的,而且里面还有两个“触须”一样的东西,当它们饿时,它们就会张开双壳,摄取海水里飘来飘去的浮游生物。

  除了贝壳,这片海洋里还有各种海绵、海百合,甚至从寒武纪(5亿年前)就出现的三叶虫到现在还生活在这里。

  古特提斯海洋中的海上霸王是谁

  而以上所介绍的各种生物大多都是属于底栖类生物,就是说它们平时基本上都固着于海底,不会到处乱跑,也没办法跑,除了三叶虫这样的节肢动物,有脚可以滑动水面“行走”。

  而这时称霸海里的生物应该就是至今还不知啥模样的牙形动物和鱼类家族了,它们可以在广阔的海洋里到处游走,属于“主动摄食”家族,经常横行海里。这些动物有牙齿,可以残忍地将食物撕碎,而鱼类个头又大,据说它们最大的长达好几米,所以其他生物都很怕遇到它们,如果遇到它们正饥饿,那就只有等着成为它们的“盘中餐”了。

  总之,在这片古老的古特提斯海洋里,由于气候温暖,生物的种类是极其繁多的。

  而在这片海域几万公里之外的陆地上,又是一个不同的世界。

  [2.52亿年前的陆地生物]

  二叠纪的陆地生物也很丰富

  二叠纪时期的地球陆地就是一块贯通南北两极的泛大陆,大陆之间紧密连接。这时候的陆地气候大部分温暖潮湿,不过在中纬度地区也有一块宽阔的沙漠干旱地带,南极也有一个巨大的冰盖。

  因为气候温暖潮湿,陆地的动植物繁殖生长得非常旺盛,而且有的个头还都非常大。这时候的植物以蕨类为主。因为水分充足,生态环境好,树木都长得异常高大茂盛,一棵棵都是参天大树,起码有十几米高,叶子也很肥大。这时最为繁盛的是鳞木(蕨类植物)、柯达树(裸子植物)和大羽羊齿,形成了茂密的森林。

  因为植物茂密,飞鸟走兽也兴旺。这时的陆地上出现了许多两栖类和爬行类脊椎动物,比如麝足兽、二齿兽等等,这些爬行动物也高大威猛,身长有五六米,长得有点像现在的蜥蜴。另外也有恐龙的祖先,如杯龙目爬行类。此外这时也出现了哺乳动物,比如兽口目动物。而生活在不同地方的动物,长相可能稍微有点差别,比如在寒冷的地区,这些动物可能还披着厚厚的长毛,就跟长毛象差不多。


三叶虫化石

  [大灭绝前发生了哪些异象]

  环境恶化,一股不明臭气弥漫全球

  这是一个欣欣向荣的时代,但又是危险与生机并存的时代,地震、火山喷发、森林大火、陨石坠落时不时会发生,一切都在不经意间变化着。

  从乐平世早期开始,气候突然出现异常的变化,地壳在不停地移动,火山还在不断地喷发,其中还发生过几次大规模的火山喷发事件,比如峨眉山火山大爆发,很多生物类群在这次大喷发中丧生,甚至出现灭门的现象。

  与此同时,让海洋生物不得而知的是,当时海水水位也开始渐渐下降,那些海水究竟去了哪里了呢?那些只能固着在海底的生物直到暴晒而亡的那刻都没想通这个道理。

  海平面下降的同时,气候也开始变得越来越干燥了,大气二氧化碳开始增加,温度越来越高,就连海里都感觉到非常沉闷,氧气逐渐减少,犹如一潭死水,有点过于沉寂了。没过多久,大规模火山喷发导致空气中传来一阵阵腥臭,像是发臭的鸡蛋的味道,气味越来越浓,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。

  整个海洋就像一个“病人”,连陆地上的动物都感觉到了。整个地球都布满了硫磺味的臭气,大群大群的动植物被毒死,只有少量的留存了下来。

  [2.52亿年后的今天]

  东部那片海域变成了一座山

  这就是整个二叠纪末大灭绝的过程,这次事件中,海洋中95%以上和陆地上75%以上的生物物种都遭遇灭绝,是地球经历的五次大灭绝中最严重的一次,它使演化进程产生重大转折。这次大灭绝,成为古生代和中生代的界石。

  沧海桑田,经过2.52亿年的演化,地球形成了今天我们这样的格局,原来的古大洋被分割成了今天的五大洋,而那群生活在古特提斯海洋东部海域的海洋生物,早已被埋藏在地下,直到上世纪,一群科学家在当年这片海域的某一位置,也就是今天的浙江长兴煤山地区,发现了那群已经埋藏两亿多年的生物,它们形成了一块块化石,有的成为标定地质年代的“金钉子”。

  但我们的故事还没有结束,关于那次灭绝的原因,我们需要这些化石来告诉我们答案。

  链接

  地球历史曾发生过五次生物大灭绝。

  第一次生物大灭绝

  时间:距今4.4亿年前的奥陶纪末期。事件:导致大约85%的物种灭绝。

  第二次生物大灭绝

  时间:距今3.65亿年前的泥盆纪后期。事件:海洋生物遭受了灭顶之灾。

  第三次生物大灭绝

  时间:距今2.52亿年前的二叠纪末期。事件:导致海洋95%以上和陆地75%以上的生物物种大灭绝。

  第四次生物大灭绝

  时间:距今2亿年前的三叠纪晚期。事件:爬行类动物遭遇重创。

  第五次生物大灭绝

  时间:6500万年前后,白垩纪晚期。事件:侏罗纪以来长期统治地球的恐龙灭绝了。

  二叠纪末

  生物大灭绝的幕后黑手是谁?


是天外来客引发这次生物大灭绝?


大规模火山喷发导致大灭绝?

  2.52亿年前的二叠纪末生物大灭绝,被公认为地球五次大灭绝中最惨重的一次。究竟是什么导致了这次生物大灭绝?为什么海平面会下降?为什么二叠纪末的地球弥漫了一股臭味?这些臭味究竟来自哪里?谁是这起事件的幕后“黑手”?一直以来,科学家们都在寻找着答案。

  猜想一

  天外来客“砸死”地球生物?

  从上世纪80年代开始,中科院南京古生物研究所就开始着手二叠纪末生物大灭绝的研究,带头领导这个项目的负责人是已故古生物专家金玉玕,接着好几位研究人员也相继加入。

  南京古生物研究所的曹长群研究员告诉记者,通过对浙江长兴煤山等全球很多处二叠纪化石和地层的研究,金玉玕等最终推断出二叠纪末生物大灭绝是由两幕组成,一次发生在大约2.6亿年前,被称为前乐平世灭绝事件,这次生物灭绝事件与我们国家著名的峨眉山玄武岩喷发在时间上基本相同;另一次发生在二叠纪最末期(大约2.52亿年前),这次事件灭绝速度快,影响的范围涉及全球几乎所有的化石门类,持续的时间短,估计在30万年内,这在地质年代上可以说是非常短暂的时期了。

  而二叠纪末生物大灭绝的原因,长期以来一直是一个争论的热点。2000年,金玉玕等人在《科学》上发表了论文,认为是瞬间事件导致了生物的灭绝,因为二叠纪末期发生的生物灭绝速度太快了。所以有美、日等科学家推断2.52亿年前有一颗小行星或者彗星猛烈地撞击了地球,其威力巨大,造成的强烈震波迅速席卷全球,瞬间杀死了上千平方公里内的所有生物。更厉害的是,这次撞击激起了巨量的尘埃,这些尘埃悬浮在空中遮天蔽日,一方面造成全球气温下降,另一方面又阻碍了生物的光合作用,使整个生态系统遭到严重破坏……如同6500万年前,恐龙的灭绝一样。当时,这种观点一度风靡一时,受到媒体和民众的普遍关注。

  当时的总总,让科学家们都认为罪魁祸首就是“天外来客”。但随后,随着进一步的深入研究,另一个可能的“凶手”逐渐浮出水面。

  猜想二

  大规模火山喷发导致大灭绝?

  上世纪90年代,科学家在西伯利亚的冻土层下面发现了绵延数千公里的火山岩,这一套岩石的分布区被称为“西伯利亚大火成岩省”。实际上,二叠纪末的大规模火山活动从2.6亿年前我国的峨眉山玄武岩喷发一直到2.5亿年前西伯利亚的玄武岩大火山喷发。“当时西伯利亚的火山喷发面积特别巨大,相当于现在俄罗斯一半国土都是熔岩分布区。”

  曹长群说,想象一下当时火山喷发的场面有多壮观:连绵数千公里的地壳被火山熔岩撕裂,岩浆如洪水般涌出,在数千万平方公里土地上肆虐蔓延……而且,我国华南地区位置这里也有火山爆发。那究竟是不是火山惹的祸,导致了当时地球生物的大灭绝?但曹长群说,西伯利亚大规模火山喷发只是导致2.52亿年前生物大灭绝的一个幕后凶手,它不是打死生物的那颗“子弹”。

  因为,2.52亿年前生物的灭绝只用了30万年,而二叠纪末大火山一直持续不断爆发了8百万年。如果是火山爆发导致生物大灭绝,为什么直到最后的30万年生物才突然灭绝?这就让火山爆发导致生物大灭绝,显得难以自圆其说。

  猜想三

  无比活跃的板块运动是幕后黑手?

  既不是陨石砸绝了地球生物,也难以用西伯利亚大火山来解释地球生物的最大灭绝事件,那究竟是什么原因导致了二叠纪末(2.52亿年前)生物的大灭绝?

  记者看了当时研究小组展示的全球古地理分布图。那时候,全球形成了统一的一个大陆,称为泛大陆。但中国大部还几乎是一片汪洋,整个华南处于古特提斯洋东侧。但随后,地壳发生了翻天覆地的变化。大陆板块构造出现了大运动,地震和火山喷发不断发生,让海洋和陆地渐渐分离。接着产生一系列连锁反应。

  反应一:板块运动导致大海退,并形成局限海

  地球这种活跃的板块构造运动,导致了当时的大海退,当时海平面下降得厉害。“海水直降200米”海水都到哪里去了?曹长群笑着回答,由于地球不停歇的板块运动,让海底扭曲得厉害,尤其是凹陷特别严重。让海底从盆变成了桶,水都跑桶底去了。

  而这种剧烈的板块运动,让海底巨变的同时,也让大海从“大床单”变成了局限海,直接影响了海底洋流的沟通。海水无法沟通,从而影响了海底洋流的交换。“本来大海的洋流,冷水往下冲,而暖水往上走,这样不断交换的洋流确保了海洋中各个层次的营养。”曹长群说,渔民们都是跟着洋流去找鱼的,因为洋流方向鱼儿聚集得多。遗憾的是,那时候的大海,已经成了局限海,停止了洋流活动。这样一来,海洋温度无法实现梯度交换,海水变成了不动的“静水”,渐渐地变成了死水。

  反应二:局限海使得大洋环流终止导致气候变暖

  由于大洋环流的减缓或者终止,极地和赤道海水以及海水上下不进行交换,这直接影响到了当时的气候,气候变得异常干燥。

  当时陆地上的动物们开始了忙碌的大迁徙,原本在赤道生活的动物,跑到地球两极附近去生活了;就连有花植物也往两极迁徙了。

  曹长群说,二叠纪末,地球气候变得很暖和很干燥。这也导致了森林火灾。通过对当时生物化石的研究,发现当时的森林常常会莫名自燃。

  反应三:硫化氢气体无法排放,大量聚集毒死生物

  由于地球板块构造运动,加上火山,以及海平面降低等,造成当时生态系统的紊乱。推动大洋环流的温度梯度没有了,形成了温室效应,使得当时地面风化作用加强。于是陆地上富含营养的土壤、植物都被搬运到了大海中。

  在煤山和其他地区,曹长群等也发现了很多陆地风化增强的分子化石证据。要知道,2.52亿年前,浙江的煤山是一片深海。而跑到海里去的土壤含有丰富的营养,这打破了海里的营养结构平衡。让海洋低等生物瞬间大爆发。

  真正让海里生物难以生存的,是一种叫硫化氢的有毒气体。正常情况下,硫化氢通过大洋环流和上升涌流,不断循环到空气中,消散了。但由于大洋环流没有了,储存在海底的大量硫化物无法释放到大气中,就不断聚集,并且向上扩散。它们一直扩散到距离海面20米左右的透光带。硫化氢扩散到的地方,几乎没有活物。“最严重的时候,就像现代的黑海,只有少量生物(例如:水母)能繁盛。”而距海平面20米左右的位置,正好是藻类生活的地方,由于不断涌上来的硫化氢,也让一些藻类活活毒死。

  曹长群说,在距海面20米左右的岩石中,他们找到了一种绿硫细菌。这种细菌对周边环境的要求出奇苛刻,不仅要求缺氧和充足的光线,而且只喜欢硫化氢,只生活在距海面20米深的透光层。这种绿硫细菌证明,当时在海下20米深的地方,已经被硫化氢占满了。如果不占满,就不会出现那么多绿硫细菌。

  “可以说,当时的海洋中弥漫着一股浓烈的臭鸡蛋味。”随后,硫化氢从海洋弥散到大气中,向大气喷发,造成了植物的变异。“正常的花粉只有两个孢子囊,但二叠纪末的花粉囊居然有三四个孢子囊。这说明当时的植物已经产生了基因突变,并不是正常的状态。”

  曹长群说,硫化氢的慢慢扩散,让海里生物大规模灭绝,然后扩散到陆地生物的灭绝。

  如今的黑海就类似二叠纪末的海洋

  对比2.52亿年前,今天我们的地球是否会发生第六次生物大灭绝事件呢?因为如今的地球也是多灾多难,温室效应,臭氧层的破坏,气候变暖,污染严重……

  曹长群说,现在的黑海倒是有点像二叠纪末的海洋,里面除了水母没有任何生物,海平面20米以下也存在大量的嗜硫细菌。不过,黑海的面积很小,还不足以影响全球的海洋。二叠纪末的灾难是因为剧烈的板块运动引起的,而如今我们还不存在这种现象。至于现在的温室效应,也远没有二叠纪末的那么严重,而环境的污染,这需要人类好好珍惜地球,如果真有哪天把地球又搞臭了,那离大灭绝也不远了。(戎丹妍 胡玉梅)

(责任编辑:罗园)
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