沒有一點點預備：二疊紀末期的全球物種滅絕是「瞬間發生」的

在地球歷史上最嚴重的大規模滅絕發生之前，甚至沒有任何預兆出現——中國科學家們和美國麻省理工學院研究者合作的新論文闡述了這樣一個可怕的事實。

在大約 2.519 億年前，二疊紀末期的大規模滅絕讓地球上大約 96% 的海洋生物、70% 的陸地生物消失殆盡。這一全球性的滅絕也使二疊紀走到了盡頭。

這篇關於二疊紀物種滅絕的論文發表於 2018 年 9 月 18 日的美國地質學會官方刊物 GSA Bulletin。研究者們表示在二疊紀滅絕前的 3 萬年中，並沒有地質依據表明物種在逐步減少。研究者們還發現那段時間中海洋溫度並沒有發生大的波動，大氣層中二氧化碳含量也沒有急劇增加。當海洋和陸地生物消失的過程中，滅絕是大規模發生的，並且對於地質變化來說，這一過程可以說是瞬時性的。

「我們可以確定地認為，滅絕並不是一步一步開始的。」這一研究的合著者，麻省理工學院地球、大氣與行星科學系的 Jahandar Ramezani 這樣解釋道，「一個充滿活力的海洋生態系統一直持續到二疊紀的最後，然後『嘭』地一聲——生命消失了。這篇文章的的重要成果在於我們並沒有看到滅絕的早期預警信號。以地質學的時間標準來說，這一切都發生的太快了。」

Ramezani 的合作者有麻省理工學院地質學系的教授 Samuel Bowring，還有來自中國科學院、美國國立自然歷史博物館、加拿大卡爾加里大學（University of Calgary）的科學家們。

尋找缺失的拼圖

在過去二十多年中，科學家們一直致力於確定二疊紀末物種滅絕的時間與時長，從而希望進一步尋找可能的滅絕原因。考古界的大部分注意都集中於中國東部的煤山剖面。煤山剖面位於浙江省長興市，是一系列地貌保存完好、化石豐富的岩石層。

「問題在於，煤山剖面沉積在深水環境中並且因此高度壓縮了。」來自中國科學院南京地質古生物研究所、這項研究的領導者沈樹忠院士表示，「這樣的話，這一岩石記錄就有可能不完整。」煤山剖面中，僅有大約 30 厘米的古代沉積層表現了二疊紀末物種滅絕的這一時段。沈院士認為煤山特定的海洋環境可能會讓一些時段中的沉積物無法沉降，從而出現「沉積斷層」，那一時段的生物證據和環境條件可能都沒有記錄。

圖丨Sam Bowring （左）and Doug Erwin （右）在前往蓬萊灘的路上（來源：沈樹忠院士）

在 1994 年，沈院士帶領 Bowring 和古生物學家 Doug Erwin 前往中國南部一片經研究較少的岩石層——廣西蓬萊灘——進行考察。Doug Erwin 現任國家自然歷史博物館古生代無脊椎動物館館長，同時也是這篇論文的合著者之一。地質學家普遍認為蓬萊灘的岩石地貌「更加擴展」。與煤山岩石層中的 30 厘米相比，蓬萊灘的沉積層大約 27 米，並且和煤山沉積層的形成時間大約相同，都記錄了大規模滅絕發生前的一段時間。

Ramezani 認為這次考察意義重大：「它（蓬萊灘）來自古代海洋盆底的不同部分，更靠近大陸，能觀察到其中有更多的沉積過程與生物活動的痕迹。因此，我們能得到更多的信息，包括這一時間段內環境和生物的變化。」

研究人員精心收集並分析了蓬萊灘剖面的多層樣品，其中還包括因海床緩慢被大陸地殼壓擠而導致火山活動，最終沉積的灰床樣品。這些灰床含有鋯石，也就是含有鈾和鉛的微小礦物顆粒。研究人員可以測量它們的比例，以確定鋯石的年代，以及含有鋯石的灰床的年代。

圖丨顯微鏡下鋯石照片（來源：Jahan Ramezani）

Ramezani 和他的同事們使用了這種大部分由 Bowring 開發的檢測手段，精確測量了蓬萊灘剖面數個輝床沉積層的年代。根據這些分析，他們得出了最終結論：二疊紀末期的滅絕過程是突然發生的，時間大約在 2.52 億年前，出入至多 3.1 萬年。

「突然一擊」

研究組同時也分析了化石沉積岩和氧、碳同位素，得到了這些沉積岩形成時海洋溫度和碳循環的狀態信息。他們本以為可以從岩石中看出物種一波一波消失，最終形成大型滅絕；他們也以為海洋溫度和化學成分會出現大的變化，從而導致了接下來的巨大災難。

「我們本以為會觀察到物種多樣性的逐步減少。比如說，某些物種的適應性比其它物種弱，那我們就會認為它會更早滅絕。但是我們並沒有觀察到這種現象。」Ramezani 說，「物種的消失非常隨機，並沒有遵循某種生理過程或環境影響。這讓我們認為，我們觀察到的這一系列滅絕前的現象和滅絕本身並沒有關係。」

例如，研究人員們發現在蓬萊灘剖面的底層形成時期，海洋溫度大約 30 度，而在 3 萬年後剖面頂層的形成時期，海洋溫度上升到了 35 度。儘管如此，與生物全球性滅絕後的大規模升溫相比，這點升溫顯得微不足道。

「生物滅絕後，溫度立刻產生了非常大的變化。海洋溫度非常高、非常不舒適。」Ramezani 說，「所以我們可以將『海洋升溫』排除在滅絕原因之外。」

圖丨顯微鏡下的二疊紀有孔蟲化石

所以到底是什麼導致了這次突然的、全球性的物種滅絕呢？目前最主流的假設是，二疊紀的滅絕是由大規模的火山爆發造成的。火山噴發出了超過 4 千萬立方千米的熔岩，形成了目前俄羅斯西伯利亞的西伯利亞暗色岩。這種大規模、持續性的火山爆發可能會釋放出大量的二氧化硫和二氧化碳，加熱大氣並使海洋酸化。

Bowring 和他之前的研究生 Seth Burgess 確定了西伯利亞暗色岩火山爆發的時間和二疊紀末期物種滅絕的時間相符。但是根據研究人員在蓬萊灘收集到的新數據，儘管火山爆發持續了二疊紀末期約 40 萬年，大規模滅絕前的 3 萬年內並沒有出現海洋物種大規模死亡，或是海洋溫度、大氣碳含量的重大變化。

「我們可以知道滅絕前後都有大規模、高密度的火山爆發，這有可能造成了環境壓力大、生態不穩定。但是事實上生態突然之間就崩潰了，我們目前還不能從記錄這一時期的岩石層中找到這一現象的原因。」Ramezani 說，「這篇論文的關鍵部分是確認了這一滅絕過程的瞬時性。我們現在可以排除任何認為這一滅絕過程來自於二疊紀末期環境變化等，這類滅絕過程緩慢的假設。現在看來，似乎世界遭受了『突然一拳』，我們依舊在試圖分析這一突然變化到底是什麼，還有究竟是什麼導致了這一變化。」

「從地質學的角度來看，目前越來越多的證據表明地球的主要滅絕事件發生在非常短的時間尺度上。這項研究正是為這一理論添磚加瓦。」未參與這一研究的斯坦福大學地質科學和生物學教授 Jonathan Payne 這樣評價這一成果，「二疊紀滅絕甚至僅僅發生在幾個世紀之內。如果事實證明，在一個較長的持續變化區間內，環境其實有一個臨界點，那麼我們就更應該特別關注目前的全球環境變化與這一事例的相似之處。」

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！