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进行中的研究:二叠纪大灭绝

什么是二叠纪灭绝,它与恐龙灭绝相比,对地球的影响如何?

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说到大灭绝,恐龙总是备受关注。它们的历史就像一个石油大亨或摇滚明星的人生故事:从默默无闻的崛起,经历世界统治的辉煌时期,然后,在 6500 万年前,由于尤卡坦半岛附近的一次撞击,它们戏剧性地走向了灭亡。但小报不会告诉你的是,恐龙的灭绝虽然壮观,却只能排第二。在地球灾难的史册上,没有什么能比 2.5 亿年前的那场致命的剧变——二叠纪灭绝——更令人震惊了,那场灾难消灭了地球上 90% 的生命。

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这个 18 英寸的头骨属于一种兽颌类动物——二叠纪灭绝时最大的陆地捕食者。摄影:Peter Ward/华盛顿大学提供

二叠纪灭绝可能不会很快被搬上好莱坞银幕,这至少有两个原因。一是“演员阵容”:陆地上,一群愚蠢、行动迟缓的生物,一位科学家将其比作“裸体乌龟”和“带喙的香肠”。二叠纪的海洋也缺乏魅力——除非蜗牛、蛤蜊、鱼类和三叶虫能让你兴奋。“让人们对腕足动物产生热情并不容易,”史密森尼学会古生物学家道格·欧文(Doug Erwin)承认,他曾尝试过。

但二叠纪灭绝真正难以吸引人的地方在于,没有人知道故事的结局。二叠纪时期的动植物种类繁多,生机勃勃。近河马大小的爬行动物漫步在盘古大陆上,这是一个巨大的陆块,最终分裂成今天的各个大陆。珍稀的鱼类在周围的海洋中游弋。然后,在二十五亿年前,这场盛宴结束了。数千个物种就这样从化石记录中消失了。生命用了数百万年才恢复过来。

直到最近,地质学家和古生物学家还认为二叠纪灭绝本身持续了数百万年,是气候和海平面缓慢变化的产物,而这些变化在地球历史上是很常见的。但新的研究发现越来越多证据表明死亡是突然的。1997 年,对二叠纪沉积物放射性衰变的分析表明,灭绝可能发生在不足 50 万年的时间内。随后对其他沉积物特征的研究将这一时间缩短到 1 万年或更短。根据欧文及其同事去年进行的一项详尽的化石普查,二叠纪灭绝可能几乎在一夜之间发生。“发生了一些非常突然、非常灾难性的事情,”纽约大学地质科学家迈克尔·兰皮诺(Michael Rampino)说。

专家们对于这“一些事情”是什么意见不一。最耸人听闻的说法当然是彗星或小行星撞击,这在白垩纪-第三纪地层界线上留下了犯罪记录。像导致恐龙灭绝那样的外星袭击会向大气层中释放出腐蚀性气体和碎屑,遮挡阳光,并用酸雨和酸雪覆盖地球。温度会下降,植物会因缺乏阳光而死亡,食物链的其他部分也会随之崩溃。

然而,二叠纪时期缺乏任何此类灾难的证据。白垩纪-第三纪撞击在石英晶体破裂、玻璃碎片以及重金属铱(在陨石中含量丰富)水平升高方面留下了痕迹。尽管一些调查人员报告在二叠纪末期的岩层中发现了冲击石英和轻微升高的铱水平,但白垩纪-第三纪界线上的标记要明显得多,也丰富得多。兰皮诺说,这并不能排除撞击的可能性。“如果是一次海洋撞击,它不会产生很多冲击石英,因为海洋地壳中的石英很少,”他说。他还指出,如果凶手是一颗彗星,它也不会留下多少铱,因为彗星大多是冰。

今年早些时候,由西雅图大学地球化学家卢安·贝克尔(Luann Becker)领导的一个研究团队发表了使用一种新型撞击标记进行的分析:困在称为富勒烯的封闭碳晶格中的稀有气体。地球岩石中的氩和氦同位素比率与陨石中的不同,而贝克尔的研究表明,二叠纪末期岩石中的富勒烯含有典型的陨石同位素比率,而不是地球的。“因此,外星富勒烯似乎是在二叠纪-三叠纪界线被输送到地球的,可能与彗星或小行星撞击事件有关,”科学家们得出结论。

但贝克尔的方法存在争议,而且存在许多替代理论。主要的陆地竞争者是一系列与二叠纪灭绝同时发生的火山喷发。所谓的西伯利亚暗色岩是多细胞生命史上最大规模的陆地喷发。“我们甚至无法想象在如此剧烈的喷发期间是什么样子,”欧文说。在不到一百万年的时间里,它们从乌拉尔山脉喷涌而出,在五个时区(从乌拉尔山脉到贝加尔湖)上覆盖了一层厚达两英里的熔岩。仅熔岩不足以造成全球性灭绝,尤其是在海洋中。但喷发可能喷出了碎片和有毒气体,造成了与小行星撞击相似的寒冷、黑暗、酸性的环境。

火山理论的批评者指出,喷发是漫长的,而二叠纪灭绝似乎是突然的。而且由于技术限制,地质学家很难证明喷发实际上是在灭绝之前就开始的。面对这些不确定性,一些科学家正在采取“按需点餐”的方法。也许是地球另一侧的小行星撞击,将能量集中在西伯利亚断层系统下,触发了火山喷发。或者也许火山喷发搅乱了洋流,导致深海缺氧的洋流淹没了浅海的海洋生物群落。也许致命的二氧化碳从海洋深处渗出,让腕足动物和鱼类一同长眠。也许灾难是三管齐下:撞击、喷发、窒息。

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“我倾向于不喜欢这些复杂的机械装置,”兰皮诺说,他倾向于撞击理论,因为它简单且有记录可查。一个地质学家团队已经提出了一个可能的撞击地点在澳大利亚西部,他们在钻孔样本中发现了冲击矿物,并在埋藏的岩石中发现了类似陨石坑的变形。

欧文正在记录二叠纪幸存者生命的复苏。他想了解为什么有些物种得以生存,而许多其他物种却灭绝了。“从进化论的角度来看,大灭绝最有趣之处在于其后果,而不是灭绝本身,”他说。“你今天看到的潮汐池反映了 2.5 亿年前的赢家和输家。”

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陆地上,故事稍微复杂一些:后二叠纪的脊椎动物经历了更多的进化转变。但在三叠纪初期,最糟糕的时期已经过去。二叠纪浩劫的愚蠢、行动迟缓的幸存者孕育了略微聪明一些的犬齿兽。犬齿兽又孕育了狡猾的哺乳动物,而其中一些哺乳动物变得足够聪明,可以思考大灭绝的原因。

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