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二叠纪大灭绝事件之谜
海峰
如果有一个关于地质学领域取名方面的竞赛,那么“大灭绝”应该能拿到一个不错的名次.在一个相对短暂的时期内,陆地上生活的大约70%的脊椎动物和海洋中大约90%的生物都完全消失了.二叠纪末期生命大灭绝一般被认为是地球历史上最严重的一次大灭绝事件.有关这次发生在大约2.52亿年前的大灭绝事件通常都会被称作是“有史以来最大的谋杀谜团”,因为科学家们无法确定导致这场大灾难的具体原因究竟是什么,他们提出了各种各样可能的理论,但始终无法排除其中的任何一种可能.不过,近期随着测年技术方面取得的进展,再加上新出现的地质学证据,我们逐渐接近了事情真相的位置上.而今大多数地球科学家都相信,这是在地球历史上五次最大生命大灭绝事件规模中最严重的一次,二叠纪生命大灭绝事件极有可能是由持续超过100万年的强烈火山喷发活动造成的.连续喷发的岩浆形成层层叠叠的玄武岩层,就像这条河流下切侵蚀后暴露出的岩层.
西伯利亚暗色岩
如果说所有谜团都已经解开了还为时过早.不过,我们已经知道在当时有体积大约为500万立方千米的岩浆涌出地表,地点大致是在今天的俄罗斯西伯利亚地区.如此巨量的岩浆足以将整个地球表面,覆盖上一层厚度达到10米左右的岩浆层,而这一事件发生之后不久,二叠纪大灭绝事件就上演了.研究人员猜测这场空前的超级岩浆喷出事件释放出了巨量的温室气体,驱动全球急剧变暖并导致全球的严重生态失衡.但是,导致如此多生命形式完全消亡的很多细节仍然是诸多科学讨论的话题.这些辩论并非仅仅是简单的学术探讨,它对于我们的生存有着深刻影响——灾难性事件的结果塑造了我们今日所见的动物和植物种类.另外导致生命大灭绝事件的一些现象,在今天仍然可以找到.一些科学家表示,这些都能增进我们对于生命被毁灭环境情况的了解,并会增加我们作为自然环境中的一类物种能够长期生存下去的几率.
1980年,美国加州大学伯克利分校的地质学家路易斯和沃尔特?阿尔瓦雷兹父子组成了一个小组,并找到了确凿的证据,证明地球历史上最著名的大灭绝事件,即发生在6500万年前白垩纪末期,导致恐龙完全灭绝的事件可能是由一次大型陨星撞击.这一成果激发大批科学家试图去找出其他几次大灭绝事件的可能原因,其中就包括规模比白垩纪末期大灭绝事件大得多、后果也严重得多的二叠纪末期大灭绝事件.尽管在当时,西方很多被称为“灭绝事件搜寻者”的科学家们手头能够开展研究的样本和数据并不多,因为很多涉及相关年代的岩层都分布在一些当时他们难以抵达的地区,比如苏联和中国境内.但这并不妨碍他们不断提出自己的想法和新的理论.有一部分科学家将怀疑的目光投向了当时超级大陆,即所谓“泛大陆”或联合古陆的形成所产生的一些后续影响,如浅海面积的减少导致很多海洋生物无处栖身.另外一些科学家指出在晚二叠纪的岩层中发现了严重氧气缺乏和海平面下降的证据,这两者都可以解释当时发生的大规模海洋生命灭绝现象.还有一些科学家则猜想,当时从海底释放出巨量的甲烷气体引发了灾难.但也有人指出,在西伯利亚发现的大量火山岩层很有可能与这一灭绝事件之间存在关联.每一层新鲜的岩浆都会覆盖此前一次喷发后已经凝结的岩浆,形成今天仍然可以见到的层层叠叠的巨厚岩浆岩层,也就是所谓的“西伯利亚暗色岩”.
谜团加深
英国利兹大学的地质学家保罗?维格纳尔在2015年9月出版的有关大灭绝方面的《最糟糕的时代》书中表示：“当时的一种观点是认为二叠纪末期大灭绝事件是在延续是百万年的时间内逐渐发生的.”然而对在意大利多洛米蒂山区采集的样本进行分析之后,维格纳尔和英国伯明翰大学的安东尼?哈拉姆在1992年共同发表了一篇文章,指出二叠纪末期大灭绝事件实际上可能是在短短数万年的时间内迅速发生的.如此快的灭绝速度迫使科学家们开始着手去寻找能够对此进行解释的原因,很多人开始倾向于认为小行星撞击是最有可能的元凶,为此很多科学家还尝试去寻找能够印证这一观点的地质学证据,比如在澳大利亚的对应岩层中发现了很多冲击石英颗粒,这是沙粒在遭受严重冲击作用下形成的高压矿物,往往和陨星撞击事件有关系.而其他一些研究人员则在南极洲开展搜寻,他们发现当地有些岩层中的样本测试得到的氦和氩的同位素值与形成同太阳系早期的富碳陨石的成分相当接近,这也暗示可能发生了陨星撞击事件.
然而,科学家们始终没能找到与之对应的撞击坑位置,于是这一理论也很快便遭遇了挑战.美国斯坦福大学专门从事大灭绝事件研究的地质学家乔纳森?佩耶表示：“我们找不到一次大型撞击或是其他任何大型灾难性事件能够造成如此规模的灭绝事件,除了形成西伯利亚暗色岩的那次事件之外.”于是,随着年代测定技术的进步以及更多样本的取得,在地质学界逐渐达成共识,那就是火山岩浆的喷发可能是导致二叠纪末期大灭绝的真正元凶——尤其是在一些科学家经过研究之后,发现当时西伯利亚地区岩浆喷发活动的持续时间有100万年左右,而不是此前认为的1000万~5000万年.地质学家们把怀疑的目光投向了火山喷发事件,认为其可能是造成二叠纪末期生物大灭绝事件的元凶.
地球生命的灭顶之灾
那次空前的岩浆喷发活动所造成的灾难是极端严重的,尤其是对海洋的灾难很严重,生活在海底的很多物种门类都被完全消除掉了,其中就包括目前已知最早出现的节肢动物——三叶虫,另外还包括一些原始的皱襞珊瑚和横板珊瑚以及一些棘皮动物,比如花生形状的海蕾,它们是今天海胆和海星的近亲.其他的有腕足类、苔藓虫以及菊石类动物、花朵形状的海百合类动物等等.而相比之下,那些游泳生物的处境则相对稍好一些.尽管其中的一些种类,如棘鱼和盾皮鱼灭绝了,但更多其他种类的鱼类,以及身体长得和今天的鳗鱼可能有些相似的牙形石类动物则成功地存活了下来.
而当时那些生活在陆地上的生物也同样遭遇了灭顶之灾,很多陆生生物的种属都被完全抹掉了,其中包括长着般的尖牙,当时陆地上的食肉动物霸主丽齿兽以及体型相对较大,食草的巨颊龙类动物.根据俄罗斯莫斯科古生物研究所的德米特里?谢科巴诺夫的说法,当时生活在二叠纪晚期的昆虫类生物中,大约有40%的种属就此消失了.很多原先生活在赤道地区的昆虫种属,如蟑螂和蝉则随着气温的升高,逐渐向北半球较高纬度地区扩散迁移.在植物方面,有证据显示在当时所有的森林几乎完全消失了.在当时占据统治地位的裸子植物种属中,很多开始就此衰落.在这一时期跨度长达1000万年左右的地层中没有发现煤炭,显示当时缺乏能够形成泥炭类沉积的植物.另外一项可以指示当时在植物界发生的严重情况是所谓的“二叠纪末真菌爆发事件”——当时地层中发现真菌孢子化石的数量急剧增加.英国诺丁汉大学的巴里?洛麦克斯表示：“这一现象可以解释为当时大量真菌生长在已经枯死或即将枯死的树木枝干上.这种现象在其他地层中是不曾出现的.”
两阶段灭绝事件
对于哪些物种遭遇了灭绝并确定这些事件发生的确切时间将能够为我们提供最佳的证据,来判断西伯利亚岩浆大爆发事件是如何造成如此显著的影响的.当维格纳尔和他在中国地质大学（武汉）的同事们对中国境内发现的537种海洋生物化石进行了细致研究,结果发现其中有92%的种类在此期间遭遇了灭绝的命运.而更加关键的是,他们发现整个灭绝过程是分两个阶段进行的,中间大约存在18万年的间隔期.在第一个阶段,浅水区域生活的生物遭遇了浩劫,珊瑚以及生活在浅海海床上的一些微型生物,如蜓（称“纺锤虫”）及名为“放射虫”的浮游生物.而第二个阶段,灭绝事件则主要发生在海洋深处.在经历第一阶段的灭绝事件之后,新物种的演化速度是相当迅速的,而在经历第二阶段的灭绝过程之后,整个生物界的复苏过程就显得缓慢许多.这暗示在这一阶段发生了从根本上动摇整个生态系统的重大环境变化.从格陵兰和南极地区发掘出来的植物化石也支持这一观点,即二叠纪末期大灭绝事件本身存在着两次相互分开的阶段.
环境灾难
所有这些现象,究竟与发生在西伯利亚地区的巨型岩浆喷发事件之间存在何种关联？其中最为重要的一点就在于岩浆喷发过程中释放出的巨量温室气体和其他有害气体,包括二氧化碳和二氧化硫等,这些气体导致全球气温的升高.随着全球气温的升高,海水中溶解氧气的能力下降,而在正常机制下能够将氧气向深海区域输送的洋流强度也将随之减弱甚至陷于停滞.这样的缺氧环境一般被认为是导致海洋生物大量灭绝的主要原因——这一点已经得到从全球各地采集到的岩层证据的支持.英国布里斯托尔大学古生物学家迈克?本顿表示：“几乎在任何地方,当时的岩层中都表现出明显的界限性：沉积物从富含生物化石的富氧环境沉积,突然转变为找不到生物化石的缺氧环境.这样的证据指向是非常明确的,毫无疑问.”
另外一些科学家指出,由于大气中二氧化碳含量的升高,海水中也会溶解更多的二氧化碳成分,而这将造成海水酸化,从而导致贝壳类生物难以形成其碳酸钙质地的外壳.海水中更高的二氧化碳含量也将迫使海洋生物们更努力地吸入氧气,呼出二氧化碳.根据佩恩的观点,当时海水酸化的情况至少延续了超过数万年之久.他表示：“很多人谈论着当时环境中的‘三大杀手’：全球变暖,海水酸化以及缺氧环境.所有这些事件都会影响到海洋生物的正常生存,因为它们会对生物体的氧气摄入和新陈代谢机制产生影响.我个人的观点是倾向于认为这两种因素占据着近乎同等重要的地位.”然而维格纳尔却并不认为海水酸化在这次灭绝事件中起到关键作用.他指出：“毫无疑问的一点是海洋的表层海水可能会发生酸化,但大多数海洋生物仍然是可以产生自己的碳酸钙质外壳的,因为这些生物构建外壳的过程是在身体内进行的,在此过程中并不会和外界的海水发生直接接触.”
此外,全球变暖过程也对陆地上的生物产生显著影响,不过这种影响显然是不足以解释当时所发生的如此规模的动植物大灭绝事件的.目前主流的地质学界倾向导致死亡灾难的是当时大量有毒的氟氯碳类气体,如氯甲烷等被大量排放到大气中所导致的.科学家们认为这些气体可能是由西伯利亚地区地下的煤炭和盐层受到上涌岩浆的加热而产生的.这些物质将会造成严重的臭氧层破坏,导致抵达地面的太阳紫外线强度大大上升.支持这一理论的证据出现在2004年,当时荷兰乌得勒支大学的科学家亨克?维斯彻报告,在接近二叠纪大灭绝对应时期的地质岩层中发现属于石松科植物发生突变的孢子化石的含量急剧上升——这可能是更强烈紫外线照射的后果.另外,还有科学家提出可能是当时的环境压力源,如增加的海水酸度,而不是增加的太阳紫外辐射导致了这样的基因突变现象.
支持维斯彻观点的洛麦克斯表示：“在地质历史上还有其他一些时期海水是酸化的,大胆我们却并未观察到类似的植物孢子发生突变的现象,因此看上去更加符合逻辑的可能是,这种突变现象是与当时增强的太阳紫外辐射相关联的.”而来自火山爆发产生的含碳、含硫化物以及其他酸性物质则会导致酸雨的形成,从而引发另外一场生态灾难.这种关系链展示了环境因素是如何以直接或间接的方式杀死地球上的各种生物的.本顿指出：“由于酸雨和强烈紫外线,陆地上的植物大量死亡.这从根本上破坏了整个陆地食物链,首先会导致植食性动物的饥饿和死亡,紧接着就是肉食性动物.”
下一次大灭绝即将到来？
很多科学家相信这样的生态系统破坏也正在21世纪的地球上发生,人类活动产生的大量二氧化碳被排放进入大气层,使其含量达到有测量记录以来的最高值,这或许将成为未来我们需要面对的重大生存挑战之一.发生在二叠纪末期的生物大灭绝事件或许可以为我们提供一个合适的教学案例,但却并不会自动免除我们的风险.维格纳尔表示：“事实上我们正在创造,或者说推动着另一次‘二叠纪末期生物大灭绝’事件的发生.不过,海洋升温的过程将会是缓慢的,模型显示在未来的200~300年内,海水中溶解氧的含量将下滑到令人担忧的程度,而洋流系统在未来数千年内将会出现异常.谁知道到那时候将会发生一些什么样的事情呢？”佩恩指出,从长远角度看,二叠纪末期生物大灭绝事件对于生命来说其实是有益的,因为我们可以发现地球上物种的种类在经过这一灭绝事件之后达到了新的高度,不过在此期间经历的漫长恢复期意味着这完全不应该感到任何的宽慰.佩恩表示：“在地球生命历史上发生过的所有大灭绝事件,其背后的环境因素有很多在今天正在再次发生,我们预计在未来的100~1000年内,事情就会变得很糟糕.事实上,从长期来看,二叠纪末期灭绝事件对于生态系统的进一步多样化是起到了刺激作用的.但同时必须看到,在经历这一灭绝事件之后,生物界的恢复耗费了长达数百万年的时间.因此,生物多样性的丧失不应被视作是对于人类社会有用或相关的事件.环境因素将会造成灭绝效应的倍增,而不仅仅是简单的加剧,因此很难将某一单一事件与其他导致的连串环境效应产生的后果区分开来.”
事件论文范文结:
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1、论文抄袭事件