撲朔迷離的5次生物大滅絕事件

夕 誠

長期以來，恐龍滅絕之謎一直令人津津樂道。其實(shí)在地球史上，曾出現(xiàn)過5次大規(guī)模的生物滅絕事件……

在地球的發(fā)展史上，生命從無到有，再到多樣化，經(jīng)歷了長達(dá)數(shù)億年的時(shí)間。為了更直觀地理解地球的演化歷史，法國科學(xué)家里夫形象地把46億年的時(shí)間壓縮成了一天：這一天的前1/4的時(shí)間，地球上是一片死寂；時(shí)針指向凌晨6時(shí)，最低級的藻類開始在海洋中出現(xiàn)，它們持續(xù)的時(shí)間最長；一直到了20時(shí)，軟體動(dòng)物才開始在海洋與湖沼中活動(dòng)；23時(shí)30分，恐龍出現(xiàn)，但只“露臉”了僅僅10分鐘便匆匆離去；在這一天的最后20分鐘里，哺乳動(dòng)物出現(xiàn)，并迅速分化；23時(shí)50分，靈長類的祖先登場，在最后的2分鐘里，它們的大腦擴(kuò)大了3倍，成為人類。

里夫描繪的地球史好似一場演出，將各類生物比作舞臺上的演員，它們依次登臺，演繹了一場精彩而隆重的晚會。但是，有人登場，就會有人退場。

這漫長的過程，不單單是動(dòng)植物生死輪回的過程，也是無數(shù)物種由誕生到滅絕的過程。科研人員根據(jù)化石考證，地球至少發(fā)生過5次生物大滅絕和若干次小型的生物滅絕事件。也許很多人會不解，有關(guān)遠(yuǎn)古時(shí)代生物滅絕的研究有什么現(xiàn)實(shí)意義？在地質(zhì)學(xué)的研究中，有一個(gè)重要的思維方法叫“以古論今（未來）”，了解過去的最終目的是為了更好地了解現(xiàn)在并預(yù)測未來。如果你知道我們現(xiàn)在的地球也正處在新一輪的生物大滅絕時(shí)期，你就會真真切切地體會到一種危機(jī)感了。

接下來，讓我們一起走進(jìn)遠(yuǎn)古時(shí)代，探索生物大滅絕的奧秘……

第1次 4.4億年前冰河期的生物大滅絕

在奧陶紀(jì)時(shí)期，地球上淺海廣布，氣候十分適宜生物生長，這一時(shí)期海洋生物繁多，比如三葉蟲、海百合、珊瑚和鸚鵡螺等。

然而，到了大約4.46億年至4.44億年前（即奧陶紀(jì)末期）的200萬年間，地球上發(fā)生了第一次大規(guī)模的物種滅絕事件，史稱“奧陶紀(jì)滅絕事件”。在這次滅絕事件中，全球約85%的物種滅亡，約27%的科與57%的屬滅種，從滅種屬的數(shù)量上看，這次物種滅絕事件在5次大滅絕事件中排名第3位。

古生物學(xué)家認(rèn)為，這次生物滅絕是由全球氣候變冷造成的。當(dāng)時(shí)的地球正經(jīng)歷安第斯-撒哈拉冰河時(shí)期，大片的冰川使洋流和大氣環(huán)流變冷，全球溫度下降，冰川鎖住了水，導(dǎo)致海平面下降。這些變化改變了生物的生存環(huán)境，沿海生物圈被嚴(yán)重破壞，最終導(dǎo)致大量物種滅絕。

值得注意的是，在這次生物大滅絕過后不久，地球就進(jìn)入到地質(zhì)歷史上的志留紀(jì)時(shí)期，而地球生物又開始迅速復(fù)蘇。那么那些幸存者是如何躲避過災(zāi)難，獲得重生的呢？

2005年7月，我國一位地質(zhì)學(xué)家在浙江省杭州市余杭區(qū)安樂山進(jìn)行地質(zhì)資源調(diào)查時(shí)，不經(jīng)意間在一座亭子旁邊的石壁上發(fā)現(xiàn)了直徑僅幾毫米的貝殼化石。后經(jīng)不斷研究，地質(zhì)學(xué)家在這塊石壁上發(fā)現(xiàn)了三葉蟲、海百合等多種化石，而且它們存活的年代屬于4.4億年前的奧陶紀(jì)與志留紀(jì)時(shí)期之間。這些小小的生物展現(xiàn)了奧陶紀(jì)末期到志留紀(jì)早期生物演化的連接。專家分析，在奧陶紀(jì)末期、志留紀(jì)早期，杭州還處在南半球低緯度地區(qū)，屬于海洋深水區(qū)，而原始動(dòng)物只能在淺水中生存。但是，“物競天擇，適者生存”，在面臨環(huán)境異常變化時(shí)，只有那些主動(dòng)對自身進(jìn)行改造的生物才能逐漸適應(yīng)環(huán)境的變化。它們縮小了體型以適應(yīng)深海環(huán)境，借助淺水區(qū)向深水區(qū)過渡的特殊地理環(huán)境，逐漸遷移到深水處，躲過了那場大災(zāi)難，從而使杭州地區(qū)成為奧陶紀(jì)末期生物大滅絕時(shí)一些幸存生物的“避難所”。所以，有人這樣猜測：杭州地區(qū)是否曾經(jīng)為地球生命留下了絕少的種子？或者退一步說，至少杭州這個(gè)深水區(qū)曾經(jīng)是志留紀(jì)生物復(fù)蘇的源泉之一。

第2次 3.75億年前海洋生物遭到重創(chuàng)的生物大滅絕

地球處于泥盆紀(jì)時(shí)，許多地塊升起并露出海面成為陸地，古地理面貌發(fā)生了很大變化。這個(gè)時(shí)期蕨類植物繁盛，昆蟲和兩棲類動(dòng)物興起，脊椎動(dòng)物進(jìn)入飛躍發(fā)展時(shí)期，魚形動(dòng)物數(shù)量和種類增多，現(xiàn)代魚類開始出現(xiàn)，所以泥盆紀(jì)常被稱為“魚類時(shí)代”。

但是，在3.75億年前至3.60億年前，即泥盆紀(jì)至石炭紀(jì)過渡時(shí)期也發(fā)生了一次生物大滅絕，這次事件持續(xù)了1500萬年左右。期間有多次生物滅絕高峰期，海洋生物大量滅絕，而陸地生物受到的影響較小。從規(guī)模上看，當(dāng)時(shí)全球82%的海洋物種滅絕，淺海的珊瑚幾乎全部滅絕，深海珊瑚也部分滅絕。此次滅絕事件的規(guī)模在5次大滅絕事件中排名第4位。

關(guān)于此次滅絕事件的原因，有學(xué)者認(rèn)為與奧陶紀(jì)末期相似，也是因全球變冷，即地球進(jìn)入卡魯冰河時(shí)期所致；也有學(xué)者認(rèn)為是期間發(fā)生的彗星撞擊地球事件所致；還有人認(rèn)為是陸生植物大量繁育，它們進(jìn)化出發(fā)達(dá)的根系深入地表土之下數(shù)米，加速了陸地巖石土壤的風(fēng)化，大量元素釋放進(jìn)入地表水，造成了水系的富營養(yǎng)化，導(dǎo)致了海底缺氧，從而使海洋物種大量滅絕。

2010年，美國俄亥俄大學(xué)一位科學(xué)家又提出了新的觀點(diǎn)。他研究發(fā)現(xiàn)，自然界的物種存在著自然滅絕的過程，新的物種會不斷取代舊物種。而泥盆紀(jì)后期發(fā)生滅絕的物種數(shù)量并沒有顯著增多，只不過新生的物種數(shù)量十分稀少，從而導(dǎo)致生物物種的相對驟減，出現(xiàn)生物滅絕現(xiàn)象。

這意味著什么呢？他的觀點(diǎn)是，大規(guī)模的物種入侵阻止了新物種的形成，從而引發(fā)了生物滅絕。簡單地說，在泥盆紀(jì)時(shí)期，隨著地質(zhì)變遷，海平面發(fā)生變化，陸地彼此相連，陸地生態(tài)系統(tǒng)開始形成，兩棲動(dòng)物也開始向陸地邁進(jìn)，某些物種得以進(jìn)入到它們此前從未居住過的環(huán)境之中。這些新晉物種就是入侵物種，它們大量繁衍，搶占領(lǐng)地和資源，阻止了新物種的產(chǎn)生。因此，阻止生物入侵，對于如今的生物多樣性保護(hù)而言，仍然有重要的借鑒意義。

第3次 2.5億年巨型火山爆發(fā)導(dǎo)致的生物大滅絕

在2.5億年前的二疊紀(jì)至三疊紀(jì)過渡時(shí)期，地球上發(fā)生了迄今已知最大規(guī)模的物種滅絕事件，全球總共約57%的科、83%的屬、約96%海洋生物的種與約70%陸地生物的種滅絕了。

這次滅絕事件又是如何發(fā)生的呢？最近，美國麻省理工學(xué)院和中科院南京地質(zhì)古生物所的科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，這次大規(guī)模的生物大滅絕事件，只經(jīng)歷了短短6萬年的時(shí)間，這對于整個(gè)地球史而言，僅僅是“眨眼之間”。

在那個(gè)時(shí)代，火山頻繁爆發(fā)，沉積下來的火山灰在掩蓋了一切的同時(shí)，又為我們準(zhǔn)確地記錄下了當(dāng)時(shí)的情景。科學(xué)家們研究發(fā)現(xiàn)，我國浙江省長興縣煤山的一段地層剖面，清晰地反映了當(dāng)時(shí)動(dòng)物滅絕的過程：在地層剖面中，越往地層的上方，四射珊瑚、三葉蟲等生物就越稀少，隨著時(shí)間的推移絕跡了?？茖W(xué)家們采用碳同位素分析等方法確定這些事件發(fā)生的具體時(shí)間，發(fā)現(xiàn)煤山剖面標(biāo)志生物大滅絕開始的25層火山灰為2.51941億年前，終結(jié)于2.51880億年前，這意味著大滅絕發(fā)生在大約6萬年這一時(shí)間段內(nèi)，是一次突發(fā)性的滅絕事件。

同時(shí)，經(jīng)過計(jì)算，在當(dāng)時(shí)的生物大滅絕初期，地球的溫度是25℃，但至生物大滅絕結(jié)束時(shí)，地球溫度升至33℃，短短幾萬年的時(shí)間內(nèi)地球溫度升高了8℃。這足以說明當(dāng)時(shí)的地球經(jīng)歷了一段全球范圍的高溫期，溫度升高，氣候干旱，森林野火不斷直至燃燒殆盡，二氧化碳濃度升高，海洋生物也因缺氧而大批死亡。究其罪魁禍?zhǔn)祝褪钱?dāng)時(shí)大規(guī)模的火山活動(dòng)，導(dǎo)致地表大量溫室氣體釋放和快速的溫室效應(yīng)。

第4次 2.08億年前原因不明的生物大滅絕

在距今2億年前的三疊紀(jì)至侏羅紀(jì)過渡時(shí)期，地球上發(fā)生了第4次生物大滅絕事件，這次滅絕事件的影響遍及陸地與海洋，導(dǎo)致全球約23%的科與48%的屬的生物滅絕，其規(guī)模在5次大滅絕事件中排名最末。也正是這次滅絕事件，給恐龍?zhí)峁V闊的生存空間，使得恐龍成為侏羅紀(jì)的優(yōu)勢陸地動(dòng)物。

這次滅絕事件歷時(shí)很短，不足1萬年，其原因至今未有定論。

關(guān)于這次滅絕事件最常見的觀點(diǎn)是，隕石撞擊地球所致。法國有個(gè)羅什舒阿爾隕石坑，地質(zhì)年代大約是2.01億年前，這個(gè)被侵蝕過的隕石坑，直徑約25千米，原始直徑可能約50千米，但是也有專家認(rèn)為這樣的體積不足以造成大規(guī)模的生物滅絕。2013年，日本科學(xué)家在本國岐阜縣坂祝町河流沿岸和大分縣津久見市的海岸附近分別發(fā)現(xiàn)了濃度很高的金屬鋨，這種金屬在地表上非常罕見，但在隕星內(nèi)則含量豐富。后經(jīng)同位素分析證實(shí)，新發(fā)現(xiàn)的鋨與地表本來存在的鋨不同，其來源是隕星。他們認(rèn)為這是一顆直徑為3.3～7.8千米的隕星撞擊地球所致，此次撞擊導(dǎo)致了三疊紀(jì)至侏羅紀(jì)生物大滅絕。

此外，還有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，這一事件與當(dāng)時(shí)大規(guī)?；鹕奖l(fā)所引發(fā)的氣候變化有關(guān)。在三疊紀(jì)時(shí)期，火山爆發(fā)噴涌了大量巖漿和氣體，改變了當(dāng)時(shí)的氣候條件，排放的二氧化碳還可能會酸化海洋，造成海洋及陸地生物的滅絕。

第5次 6500萬年前恐龍時(shí)代的生物大滅絕

2013年2月15日，一顆編號為2012DA14的近地小行星以距離地球僅僅2.77萬千米的位置掠過地球，盡管它沒有撞擊地球，卻著實(shí)讓科學(xué)家捏了一把汗。因?yàn)檫@顆小行星直徑約44米，重量達(dá)12萬噸。如果它撞擊了地球，將釋放相當(dāng)于230萬噸爆炸當(dāng)量的能量，近乎于1908年震驚世界的俄羅斯西伯利亞通古斯大爆炸產(chǎn)生的能量。

然而，我們的地球并不是每次都能那么幸運(yùn)。如今地球上大大小小的隕石坑數(shù)以百計(jì)，每一個(gè)都代表著當(dāng)年的一次創(chuàng)傷。其中最著名的一次撞擊事件，造成了地球上第五次生物大滅絕，當(dāng)年地球的霸主恐龍也不幸全軍覆沒，那就是?？颂K魯伯隕石撞擊事件。

恐龍是一類能以后肢支撐身體并直立行走的脊椎動(dòng)物，大多棲息于陸地上，最早出現(xiàn)在約2.25億年前的三疊紀(jì)晚期，統(tǒng)治全球陸地生態(tài)系統(tǒng)超過1.6億年之久，直到約6500萬年前的白堊紀(jì)晚期滅絕。但是，恐龍的后代——鳥類存活了下來，繁衍至今。

關(guān)于恐龍的滅絕，科學(xué)家們提出了五花八門的假說，先前其中比較著名的有以下四種：其一,“氣候變遷說”。該假說認(rèn)為6500萬年前的地球氣候陡然變化造成大批動(dòng)植物死亡；其二，“地磁變化說”。該假說認(rèn)為當(dāng)年的地球磁場突然發(fā)生變化使得大批動(dòng)物遭受滅頂之災(zāi)；其三，“酸雨說”。該假說認(rèn)為白堊紀(jì)末期地球上可能下過強(qiáng)烈的酸雨，造成恐龍中毒而滅絕；其四，“被子植物中毒說”。該假說認(rèn)為地球上的被子植物逐漸取代了裸子植物之后，其中含有的毒素被動(dòng)物食用之后累積，從而導(dǎo)致恐龍滅絕。當(dāng)然，每一種假說都有科學(xué)的一面，但也存在爭議?，F(xiàn)今，被國際社會普遍認(rèn)可的是“隕石撞擊說”。

20世紀(jì)70年代末，一位名叫格倫·彭菲爾德的地質(zhì)學(xué)家在墨西哥尤卡坦半島的?？颂K魯伯地區(qū)從事石油勘探工作時(shí)，驚奇地發(fā)現(xiàn)在尤卡坦半島外海的海床之下，有個(gè)直徑達(dá)70千米的弧狀地形。之后，他查閱了相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)尤卡坦半島上也有一個(gè)這樣的弧狀地形，二者居然可以合成一個(gè)完整的圓形，合成后的直徑達(dá)180千米寬。但是，由于他是從事石油勘探工作的，這個(gè)發(fā)現(xiàn)沒引起他的重視，這些與石油無關(guān)的發(fā)現(xiàn)也就沒有被公開。

后來，不斷有科學(xué)家們在此有新的發(fā)現(xiàn)，比如沖擊石英、重力異常、玻璃隕石等足以證明這個(gè)圓形構(gòu)造是隕石撞擊形成的，而且推測這個(gè)撞擊體的直徑至少有10千米，撞擊產(chǎn)生的能量相當(dāng)于1014TNT當(dāng)量，在全世界所有已知爆炸事件中屬規(guī)模最大的一次。再后來，有人研究發(fā)現(xiàn)這個(gè)隕石撞擊坑的形成年代大約是6500萬年前。隨著研究的不斷深入，科學(xué)家們確信?？颂K魯伯隕石撞擊事件是造成白堊紀(jì)至第三紀(jì)恐龍大滅絕的原因。

?？颂K魯伯撞擊事件會引發(fā)大規(guī)模海嘯、地震與火山爆發(fā)，撞擊產(chǎn)生的碎片和灰塵會造成全球性的風(fēng)暴，長時(shí)期遮蔽陽光，妨礙植物的光合作用，造成生態(tài)系統(tǒng)的瓦解，一系列的災(zāi)難最終導(dǎo)致全球約17%的科、50%的屬、75%的物種滅絕，滅絕事件的規(guī)模在5次大滅絕事件中排名第2。

名詞解釋

鋨：元素周期表第6周期Ⅷ族元素，鉑族金屬成員之一。元素符號Os，原子序數(shù)76，相對原子質(zhì)量190.2，屬重鉑族金屬，是全世界迄今發(fā)現(xiàn)的地球上密度最大的物質(zhì)。

沖擊石英：或稱為撞擊石英、受震石英，是一種微結(jié)構(gòu)和一般石英不同的石英，只在極高壓和有限溫度下形成。

重力異常：由于地球質(zhì)量分布不規(guī)則造成的重力場中各點(diǎn)的重力矢量g和正常重力矢量γ的數(shù)量之差。它是研究地球形狀、地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和重力勘探，以及修正空間飛行器的軌道的重要數(shù)據(jù)。

玻璃隕石：一種含硅量很高的天然玻璃物質(zhì)（SiO2的平均含量約75%）。它的外觀與地球上的黑曜巖相似，亦稱為“似黑曜巖”，但成分和結(jié)構(gòu)與黑曜巖相差很大。