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最大规模灭绝事件的罪魁祸首

晰数塔互联网快讯
2020-10-25 21:12

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：糖兽，头图来自：unsplash

一

地球生命有着一段漫长而又极为动荡的历史。大规模的物种灭绝事件曾不止一次的发生在地球生命的历史舞台上，每一次这样的事件都将本已高度多样化的生物种群锐减到最低程度，每一次事件也都无一例外地改变了生物进化的进程。

在众多灭绝事件中，最大规模的一次发生在大约2.52亿年前，仅在短短数千年内，约四分之三的陆地生物和95%的海洋生物尽数消失。这次事件标志了二叠纪的结束以及三叠纪的开始，被我们称之为二叠纪–三叠纪灭绝事件。

根据最新研究发现所描绘的二叠纪-三叠纪大灭绝开始的艺术构想图。| 图片来源：PaleoFactory / Sapienza University of Rome

一直以来，有一种假说认为，这次事件是是由西伯利亚暗色岩区域的大规模喷发引起的，这可能是一次巨大而漫长的火山事件，产生了一系列环境的连锁反应。然而，对于导致了这次大灭绝的确切诱因，学界仍然存在很大争议，科学家仍不能完全弄清楚整个事件的因果触发和事件顺序。

直到现在，一个国际研究团队终于得出了结论，他们通过利用最尖端的分析技术和新颖的地球化学模型，首次对当时的整个事件进行了重建。研究结果被发表在了近期的《自然-地球科学》杂志上。

二

在新的研究中，研究人员启用的是一个常被忽视的“环境档案”——腕足动物的外壳化石。

腕足动物化石，其同位素组成揭示了导致地球上最大灭绝事件灾难的环境和气候条件的线索。| 图片来源：Ferrara University

这是一些已经在地球上存在了超过5亿年的生物。在南部阿尔卑斯山，存有保存完好的可供研究人员进行科学分析的腕足动物化石。在2.52亿年前，这些像生物带着灭绝事件发生之前不久以及灭绝开始之初的“环境记录”，沉积在了特提斯海（古地中海）的浅层大陆架底部。

阿尔卑斯山脉南部的白云岩，保存了独特的二叠纪-三叠纪化石记录，其中包括了腕足动物的化石。| 图片来源：Renato Posenato / Ferrara University

在这项研究中，科学家对化石中硼元素的同位素进行了测量。通过这项测量，他们能够追踪2.52亿年前海洋中的pH值变化。测量结果表明，在灭绝事件开始之初，海水的pH值出现了大幅度的下降（酸化）。而由于海水的pH值与大气中的二氧化碳浓度密不可分，因此通过海水pH值，可以进一步地计算出当时大气中的二氧化碳含量。

研究人员接着将硼同位素与其他碳同位素的研究数据结合在一起，集中输入到了地球化学模型中。这个以计算机为基础的模型可以通过解析碳循环动力学、海洋氧化还原条件以及氮同位素的转化，来模拟当时的地球进程。

他们发现：最初的海洋酸化与来自西伯利亚的大量火山二氧化碳注入大气有关，而这样的状况对当时的生物产生了致命影响，导致了海洋钙化生物在灭绝事件的刚开始时就惨遭灭绝。

不仅如此，二氧化碳的释放还产生了进一步的后果。随着温室效应引发的全球性温度升高，陆地上的化学风化作用也得到了增强，这驱动了海洋表面温度的升高，以及越来越多的营养物质通过河流和海岸进入海洋，在几千年的时间里，致使海洋变得过度肥沃，其结果就是导致三叠纪早期的海洋中出现了严重的脱氧和硫化物中毒。正是这种相互关联的生命持续周期和过程中出现的多米诺骨牌式的倒塌，最终导致了在二叠纪-三叠纪交替之际的大规模灭绝性灾难。

研究的分析结果还带来了新的发现。一直以来，甲烷水合物的溶解曾被认为是进一步加剧了灭绝事件的原因。现在，根据新研究的数据显示，这种说法的可能性是极低的。

三

这项新的研究具有非常积极的意义。新的研究不仅首次系统地利用了腕足动物作为环境档案，还改进并新开发了相关的分析方法。为了进行精确的分析，研究人员所使用的是高精度的同位素分析，以及最先进的二次离子质谱计（SIMS）的高分辨率微分析。这些技术使得科学家不仅能够重建大气中二氧化碳浓度的演变，还可以清楚地追溯火山的活动，最终使得以如此精度来重建2.5亿多年前的地球环境成为可能。

参考来源：

https://www.geomar.de/en/news/article/ausloeser-fuer-groesstes-massenaussterben-der-erdgeschichte-identifiziert

https://www.nature.com/articles/s41561-020-00646-4

本文来自微信公众号：原理（ID：principia1687），作者：糖兽