二点五叠纪|审判
生命的演化经历了一个又一个的轮回,从起源到繁荣,从覆灭再到新生。每一个事件似乎都在传颂“生命”这一伟大的史诗。在寒武纪大爆发之后,灭绝与新生在大部分时间里存在一个微妙而较稳定的平衡,这个平衡值被称为背景灭绝速率(background extinction rate)。然而,当平衡的天平又一次有了偏向,生态环境的变化导致生物灭绝的程度高于正常值时,灭绝事件(Extinction event)就发生了。
上面这张熟悉的图是六亿年以来生物界三大演化生物群的兴亡史(此部分内容参考前文奥陶纪(上)部分),自奥陶纪大辐射中古生代演化生物群取代寒武纪演化生物群统治海洋后,两亿年间生物界一直生存在繁荣与稳定当中,图中平稳的折线就是其证明。仅有两次灭绝事件曾让生物界兴起波澜(图中1,、2,详情见前文奥陶纪(下)与泥盆纪(法门)),但古生代生物群以其强大的生命力持续了繁荣,“古生代高原”形容的就是这一黄金年代。
但仔细观察这幅图,一升一降两个角度醒目的数据断崖总能抓住人的眼球,这升降中间是广袤的“古生代高原”。“一升”大家都能猜到,是生物界起飞的寒武大爆发;而这“一降”,就是彻底终结三亿多年的古生代帝国、腰斩了高等生物界、造成超过95%以上物种灭亡的二叠-三叠大灭绝(P-T事件)。
大约在2.52亿年前地球还不是现在我们所看到的世界,大陆还挤在一起、从南极延伸到北极,大陆的外围是一整片大洋。就像是远古时,探险家认为的世界那样:整个世界只有一块延绵到天边的大地和一片同样一望无际的海。这亦是古生代动物群的极盛时期,鱼类、腕足、棘皮类、各类节肢动物遍布海洋,生物繁荣的珊瑚礁沉积厚达数十米。然而,这个地球曾经的样貌,被这个事件永久抹去了。
这是已知的地质历史上最大规模的物种灭绝事件。许多动物门类整个目或亚目在此次灭绝事件中全部灭亡。曾普遍分布的代表古生代植物群的舌羊齿植物群几乎全部绝灭;繁盛两亿七千万年的三叶虫全部消失;晚古生代的代表动物蜓类完全消失;菊石有10个科绝灭;腕足类之前有140个属,据有大部分海洋,在该事件后所剩无几;古生代生物礁的代表四射珊瑚完全灭绝;腹足类灭绝98%;寒武纪演化动物群的所有代表分子灭绝。事件发生后,上千万年的时间里陆地上没再产生煤、海洋没再长出珊瑚礁,早三叠早期的全球一片静默,如核冬天。在通往三叠纪的时间之路上,大自然设起了路障,进行了审判,把生物界筛选一遍。通过这个筛子者寥寥无几,绝大部分物种被拦在这个时间节点之前,永远无法通过。
各类生物在大灭绝前后的属种的变化
注:有孔虫是一类演化迅速的单细胞动物,上图显示了在接近三叠纪界限时有孔虫家族的集体毁灭。
古生物家曾经对地史上的灭绝事件进行评估,给地球上的数十次大大小小灭绝事件分了级别,以下是他们的评估结果:
大型大灭绝事件有且只有二叠纪大灭绝一个,其灭绝规模为第二梯队的3-5倍。人们津津乐道的恐龙之难,不过位列第二梯队之中。下图的数据更令人悚然:
历次大灭绝事件各生物分类单元的灭绝情况
一些并不熟悉的物种的灭绝可能并不能让我们产生直观体验,然而二叠大灭绝对生物家族造成的毁灭性冲击,却能从数据里一目了然。时隔两亿五千万年,96%这个数据仍能让人感受到那时地区的萧条。如此规模惊人的大爆发,是如何笼罩全球的那?
“这里直通悲惨之城,由我这里直通无尽之苦,这里直通堕落众生”——但丁在《神曲》中这样描述了地狱之门,它的可怕在于,单单是站在门外就能感受到到门后面的恐怖。而二叠纪的大灭绝,似乎就开始于一座在地表上缓缓撕开的地狱之门……
“
会流淌的火焰
这次生物大灭绝的主要原因至今没有定论,但有一点可以确定,那就是没有一种单独事件可以造成如此重大的灾难,此次大灭绝必然是多重事件的综合结果。
其中,以“西伯利亚暗色岩事件”(或称西伯利亚地盾事件)为代表的超大型火山运动被认为是这一系列事件中最重要的一个。打开亚洲地质图我们会发现,现今的中西伯利亚高原上残留着面积巨大的古老喷溢玄武岩,而实际上现今西西伯利亚平原之下也有众多火山运动的痕迹,如此规模巨大的玄武岩分布代表了发生于二叠纪末的一次巨大的玄武岩喷溢事件。巧的是,在华南二叠-三叠界限附近存在一到数层粘土,这些粘土及其中所含矿物正与火山事件有关。因此全球范围的超大型火山事件可能是此次大灭绝的主因。18、19世纪的数次火山喷发造成的损失使人类得见火山运动的威力,而西伯利亚巨大的裂隙火山威力更在1783年爆发的冰岛拉基火山十数万倍之上,拉基的爆发已经让欧洲如遭到世界末日,西伯利亚火山营造的更是末日中的末日。
西伯利亚暗色岩
随着大量的岩浆上涌,火山不再是我们印象中的那个安静地飘落着樱花的富士山。它就像是晴空的一声惊雷,打破了二叠纪以来的宁静。从地球的上空俯视,这次裂隙式喷发像是撕裂地球的一个伤口。虽然与广袤的大陆相比,这道裂缝似乎还有点没法比,然而积蓄已久的岩浆顺着热柱通道源源不断地从地底冒出,灼热的岩浆瞬间吞噬了他接触到的一切。仅一天的时间,融化的玄武岩就会蔓延近百公里。在接下来的近十五万年的时间里,这场来自地狱的炎火不断在喷发着。不断累积的岩浆构成了当今西伯利亚暗色岩区。但尽管岩浆的威力再大,但总会有冷却下来的时刻。动物们靠着迁徙可能就会躲过这次灾难,甚至再远一点的地方根本不知道这里发生的事件,然而他们么想到的是,这场焰火只是诸多灾难中的开胃菜,地球很快就会成为一个屠宰场。
长兴金钉子P-T界限处的火山成因黏土
“
灼烫的尘埃
火山运动最可怕的是其固态与气态喷溢物(面对熔岩流时这句话无效)。遮天蔽日的火山灰上万年不散,如同给地球加了一个罩子,而在这个罩子之下。持续喷发的岩浆气体带来了大量的二氧化碳和二氧化硫,二氧化碳是给地球保温的温室气体,而二氧化硫和漂浮在空中的火山灰阻止了阳光的进入(曾有人提议要在大气中人为的补充二氧化硫来遏制全球变暖)。气候在这两种气体不断变化的条件下变得极度不稳定,在接下来的几百年中,高温、高寒、干旱、暴雨等极端天气反复敲打这个曾经的家园,火山灰屏障下的生物本就失去了能量来源,更难去适应这种极端和多变的气候条件。更为严重的是,随着二氧化碳在后期源源不断地补充下,氧气的含量也在持续减少。对于二叠纪的生物来说,曾经用来耀武扬威的巨大形体现在反而成为了杀死他们的帮凶。正如石炭纪里的大虫子一样,动物的体型是跟空气中的含氧量有很大关系的。突然减少的氧气给这些动物带来巨大的压力,每迈出一步就会感到无比的沉重。祸不单行,新一轮的灾变正在他们头顶的乌云中低沉地咆哮——酸雨。二氧化硫与各地的水蒸气结合,摧毁了一片又一片的森林。
如果只有稀薄的空气和火山灰下的极寒,经历过大冰期的生物界或许能像之前一样挺过难关(参考奥陶纪)。然而海平面的升降却恰好与火山运动结伴而行,虽然我们还说不准这是一次巨大而迅速的海进还是海退,但海洋中数量惊人的甲烷——温室效应比二氧化碳强25倍的气体,却被从其水合物中被释放了出来。浑浊的空气现在又涌来了一层又一层的热浪,大片的植物再次死于酸雨和高温。生态系统已经完全无法支撑这场灾难,食物链开始崩溃,世界剩下了饥荒与绝望。
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末日归于混沌
此时,陆地上已经只剩荒芜。大片黑色枯朽的裸子植物呆滞地立于风沙中。洪水季节,雨水引发的洪水将这些植物的尸体和数以百万吨的地表黏土冲入海洋,造成了海洋的大变动。因为植被的破坏而出现的泥沙遍布全球的晚二叠沉积(下图示黏土沉积覆盖于石灰岩之上),这正是之前繁荣与这片海域的珊瑚礁的噩梦,污浊的海洋造成珊瑚礁的大面积死亡,以此为制成的生态系统也面临崩溃。
全球不断暖化的温度也致使海水温度普遍上升,再加上陆地泥沙所带来的富营养化,海水中溶解的氧气也越来越少,海洋变成了一个巨大的沼气池。新一轮的杀手——厌氧菌出现了。缺氧和富养致使这些微生物大量繁殖,制造出了大量的硫化氢气体,这些气体混入大气中,飘散至世界各地。二叠-三叠之间全球的海洋呈现出极大的还原性,硫的含量达到了显生宙最高峰,这是一片确凿的死海。
A、B大灭绝期间海洋与陆地的环境变化示意,C示中三叠转好的地球环境
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顺生&逆亡
在二叠纪末期,陆地上绝大多数优势物种都是有着庞大体型的合弓类(见上篇)。如水牛兽、二齿兽(Dicynodon),以及强力的捕食者丽齿兽(Gorgonops)。他们靠着自己的庞大的体型在大陆上繁衍生息,然而到了大灭绝时期,这种曾经的优势变得不再可靠。仅仅是大气中气体成分的极速改变,就足以使这些史前巨兽消受不起了。
二齿兽:“我有虎牙你怕不怕?
大型合弓类的大灭绝后一度萧条,但这并不代表羊膜动物的家道中落。同样生活在末世的两种动物,三尖叉齿兽(Thrinaxodon)与原鳄(Protosuchus)却得以越界幸存。三尖叉齿兽是泛哺乳类动物,他很小的体型,这无论是对氧气的需求还是灵活地躲避灾害都有着帮助。而且其在鼻口之间有一块软骨以便于同时呼吸和咀嚼,这使得他对于大气的变化有着相对较强的适应力。其次,食腐的性质使他更容易在食物短缺的情况下存活。而原鳄与三尖叉齿兽一样在二叠纪的和平年代里是是一种不起眼的生物。作为一种冷血动物,这时的血统优势便显现出来。随着气温变得越来越热,原鳄便拥有了更为舒适的活动环境。而且相比于恒温动物需要大量的能量来维持体温的平衡,这些冷血动物的能量消耗仅仅只有恒温动物的十分之一,这也是在食物短缺的情况下很重要的生存依据了。
嗯……我跟外面妖艳的蜥蜴不一样
正如上面的两种动物所表现的,“小型化”是历次大灭绝对生物界最直观的影响之一,小型化的动物生长成本低、营养需求少,更加适合大灭绝后恶劣的环境。因为跨度数十万年的大灭绝任何人在有生之间都难以感受,所以小型化是大灭绝的重要信号。形象一点说,小型的动物更能通过大自然在灭绝审判时设立的筛子(雾)。
“等待着地球上从未见过的毁灭之雨从天而降吧。”-----我们或许就生活这样一个时代,毁灭之雨正在途中。
二叠纪大灭绝作为地球曾经历的最大规模灭绝,其地位正在受到动摇。工业革命以来二百年,人类展现出了对自然惊人的改造能力。地史时代的灭绝背景值是每年三种(当然对于地史时期的动物规模,现在的了解可能是管中窥豹),而人类掌握核心科技以来,每天便有约100种生物灭绝,比地史时期快上万倍,速度远远超过了二叠纪大灭绝。因此有科学家断言,现在地球正处在“第六次大灭绝”时代,而我们正处在这次大灭绝的初期。甚至更有人断言,接下来仅仅三十年,就会有20%生物灭绝。生物界“小型化”的特征已经展现,大灭绝的毁灭之雨似乎快要到来。
当然,这样的结论未免危言耸听。在计算灭绝时,成种的速度亦当相应考虑,而我们对现代生物界的体量缺乏认识,也导致观测偏差。但是这些只能改变这次灭绝规模的评估,而不能改变这次灭绝存在,人类作为营养级高的大型动物,在任何灭绝前都是出头鸟。可预见,人类不能通过这次大灭绝审判的筛选,只看我们以多大的决心,将筛子出现的时间后延。
或许在下一期文明的灭绝评估表上,会出现两次大型大灭绝。
注:二叠纪大灭绝的原因至今没有定论,内容多为前人的研究和猜想。关于大灭绝的原因也众说纷纭,包括大型或多颗陨石造成的撞击事件、连续性火山爆发、或是海床急骤释放出大量甲烷水合物等等,这里仅展示一种由较多证据支持的假设情况。读者自行斟酌~
参考资料:
《生物大灭绝与复苏:来自华南古生代和三叠纪的证据(上、下卷)》戎嘉余 方宗杰(主编)
SHEN Shuzhong et al., 2011. Calibrating the End-Permian Mass Extinction. Science, Vol. 334: 1367-1372
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Shen, J., Algeo, T.J., Zhou, L., Feng, Q., Yu, J., Ellwood, B.B., 2012a. Volcanic perturbations of the marine environment in South China preceding the latest Permian extinction event and their biotic effects.Geobiology, v. 10, p. 82-103. doi: 10.1111/j.1472-4669.2011.00306.x.
《TrackingtheCourseofEvolution》 Richard Cowen
zh.wikipedia.org/wiki/二叠纪-三叠纪灭绝事件
豹子前一段去西南地区野外26日,因此造成一个月拖更,再次请各位谅解这位地质狗(哭)
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