生物灭绝的真凶

吕　静

为什么历史上发生的一些小行星撞击地球事件或大规模火山爆发事件引起了大规模的物种灭绝，而其他类似事件却几乎没有留下任何化石记录的遗迹呢？

当从地球上空鸟瞰曼尼古根陨石坑，你将会为大自然的鬼斧神工震惊。这是一个直径75公里的圆湖，也被称为魁北克之眼。当年，一个直径大约5公里的小行星击中加拿大北部，砸出了一个巨大的陨石坑。最初的时候，这个陨石坑直径达100公里，以后逐渐缩小形成了一个湖。

曼尼古根陨石坑是地球上第五大撞击陨石坑，比直径170公里位于墨西哥尤卡坦的奇科苏卢布陨石坑小不了多少。人们认为，奇科苏卢布这场撞击结束了6500年前的恐龙统治时代。很多研究人员都将生物大灭绝归咎于“核冬季”，即由撞击所产生的粉尘和含硫酸烟雾的环境。

但是很明显的是，曼尼古根地区也受到了撞击，按理说也应该有类似的撞击反应。

很长一段时间，人们都将大灭绝归罪于2亿年前标志着三叠纪末期的一场灾难。但是，1992年的一项研究产生了惊人的结论，认为曼尼古根陨石坑有2.14亿年的历史，这个推论的时间如此久远，以致于人们认为曼尼古根撞击可能是大灭绝的疑凶。

令人惊异的是，现在从化石记录看来，这次撞击并没有造成明显的生物大灭绝。宾夕法尼亚州大学的地质学家麦克尔•阿瑟说：“这次撞击可能与奇科苏卢布撞击的程度一样大，但是，这次大撞击竟几乎没有留下一点儿气候或生物反应的回音。”

曼尼古根并不是惟一的困惑。大约3500万年前，一颗巨大的小行星陨落在西伯利亚，形成了一个直径100公里的波皮盖陨石坑。此坑同样也没有对生物产生明显的长期效应。

“甲烷嗝”才是真凶？

当考虑到人称洪流玄武岩喷发的大火山爆发事件时，这一奥秘就愈加深入了。2.5亿年前，一场巨大的火山喷发覆盖了广大的西伯利亚区域，玄武岩的厚度达到了6公里。这次撞击造成了被认为是史上最大的一次生物物种大灭绝，它标志着二叠纪时期的结束。熔岩释放的大量二氧化碳触发全球变暖，进一步导致物种大灭绝。

但是，与另一场1.2亿年前发生在西太平洋的洪流玄武岩喷发比起来，西伯利亚事件就不能算大了，西太平洋喷发产生的熔岩量几乎是西伯利亚事件的10倍。这是史上已知的最大洪流玄武岩的喷发，按理说它应该比西伯利亚的岩浆向大海释放出更多的二氧化碳。但实际上这次喷发却只造成了较少的海洋物种灭绝。

所以，为什么一些小行星撞击和洪流玄武岩喷发会毁灭地球生物，而另一些撞击和喷发却没有带来多大改变呢？一些研究人员认为，答案就在方位上：真正产生作用的是那些被陨星蒸发或大火山爆发烘烤的岩石成分。

科学家最早获得的一些线索来自于5500万年以前的古新世-始新世最热事件，这个事件引起了较小规模海洋物种灭绝。那时的地球气温比现在高5℃，随后几千年，气温又升高了6℃～8℃，当时北极海表面的温度曾一度达到23℃。

很多深海的物种消失了，可能是因为海洋极度缺氧。温暖的水不仅含氧较少，还能减缓海洋环流，削弱对海洋深处的氧气供应。所以，这是一个海洋缺氧事件。

碳同位素检测显示，气候突然变暖是由于释放到大气中的大量化石碳引起的。但这些碳是从哪里来的呢？一个怀疑对象就是埋藏在大陆架冰下、对温度变化特别敏感的甲烷冰。如果深埋在地下的水被快速加热到1℃～2℃，水合物将释放出数十亿吨甲烷，甲烷是一种强有力的温室气体。打出这样的“甲烷嗝”将会使得全球变暖。

接下来的问题是，到底是什么最先触发了地球的“甲烷嗝”？一个想法认为轻微的变暖可使甲烷嗝自发产生；另外一个主张认为应归咎于撞击。

找到证据

挪威奥斯陆大学的亨里克•斯文森小组长期研究石油和天然气储量丰富的挪威海，那里的海床属于被称为北大西洋火成岩的巨大熔岩区域，是5500万年前由北大西洋猛烈的火山喷口形成的。

斯文森发现，来自巨大洪流玄武岩喷发的熔岩在上百个地方找到了进入含碳丰富的泥岩之路，这些岩床会加热泥岩，将其间的碳转变为甲烷。甲烷在海床下的深处聚集增多，到最后会向上爆炸，形成海底热泉喷口(他找到了735个这样的喷口)。爆炸的规模和力量将会把更多的甲烷送到海平面。

更为精确的岩石年代测定支持斯文森的理论。如果斯文森是正确的，在古新世-始新世最热事件期间，温度升高与随后生物灭绝的真正原因就是大量化石碳突然释放进入大气。

接下去，斯文森前往南非研究有着1.83亿年历史的卡鲁-法拉大火成岩。这一火山爆发使得海洋生物灭绝，也可能是由于一起类似引起古新世-始新世最热事件的海洋缺氧事件造成的。

卡鲁的熔岩被迫流入古代冈瓦纳大陆广大的地下煤矿和油页岩的沉积层，人们现已在南非、南极洲、阿根廷和塔斯马尼亚岛的一些地区发现了这些熔岩的残迹。在卡鲁沙漠，斯文森发现了与挪威海零星分布的海底喷口很相似的管样结构，这些开口呈几近完美的圆形，直径达150米。当地人为了获得地下水，曾把钻头钻到开口的1公里深处。这样，使得斯文森得以窥探到开口内部更多的结构。

斯文森认为，在这里侵入的熔岩也烘烤煤炭与含碳丰富的页岩，超过20万年的气体累积起来，最终发生了爆炸，气体被释放到地表，形成了成千的管样结构。这种管子中塞满了被烘烤过的黑色页岩。

据斯文森计算，地下岩浆中可能会含有多达274000亿吨的碳，不过，这些碳很少有可能进入大气。今天的人类活动每年产生的碳量约为130亿吨。

牛津大学的地质学家斯特芬•海塞伯说：“很久以来，人们就注意到大火成岩和大的环境改变是同时出现的。”只是过去人们没有把这两件事联系起来。海塞伯一直在研究2亿年前标志着三叠纪-侏罗纪分界线的大灭绝，在这个阶段，地球上50%～80%的物种消失了，这个过程与形成“中央大西洋岩浆区”的冈瓦纳超大陆上的洪流玄武岩喷发相符合。爱尔兰都柏林大学学院的杰尼弗•麦克埃文的研究显示，那个时期大气中二氧化碳的水平从60ppm上升到了2100ppm。

从大灭绝推论

与此同时，斯文森也把注意力投向大灭绝前最大的火山持续喷发——“西伯利亚陷阱”，当时95%海洋生物物种和2/3陆地生物物种消失。研究人员认为，当海洋热到一定程度，就足以触发甲烷嗝，从而使得大气更暖。通过对某一年代的化石残迹进行分析，得知当时大气中二氧化碳的浓度可能高达8000ppm，而今天大气中的二氧化碳浓度只有380ppm。

长期以来，二叠纪大灭绝的主要疑凶一直是形成“西伯利亚陷阱”的熔岩所释放的碳。但是，斯文森小组并没有观察这些熔岩，而是研究其周围的岩石，他们发现除了含碳丰富的泥岩和煤矿外，还有一些是他们以前从没有注意的，这就是石膏、岩盐和其他矿物质所组成的厚度达2公里的岩层。

食盐中还有丰富的氯，氯能与甲烷结合形成破坏性臭氧层的气体甲基氯，如果在大喷发期间有足够的甲基氯逃逸到大气中，那么紫外线辐射水平就会增加，也会加剧物种试图应对这种变化而导致的改变。

当然，斯文森还需要一个“烟枪”，即喷发管道。结果，在去年的回程中，他发现了那些管道。正像卡鲁的一样，西伯利亚的管道中含有烘烤的煤矿和页岩，区别是这些管子特别巨大，直径达1.5公里，头露在700米深的古代陨石坑中，根扎在4公里深的岩床中。斯文森已经在西伯利亚发现了数百个这种管子。管道数量之多，令斯文森难以计算。

气体的大量倾泄有助于将西伯利亚喷发转变为迄今最大的杀手。相比之下，更大的翁通-爪哇火山爆发发生在一个熔岩不会遇到碳或含氯丰富岩石的区域中，这可能可以解释它为什么危害较小。

小行星和彗星可能也需要撞击到含碳丰富的目标才能摧毁地球生物圈造成浩劫。曼尼古根的小行星落到了古代片麻岩上，这种岩石含碳很少。波皮盖的撞击与之类似。而奇科苏卢布陨石坑处在大陆架厚厚的石灰石上，那里有含碳丰富的沉积物和盐沉淀物，蒸发这些岩石将会把大量的碳和二氧化硫送入大气。开始的时候应该是引发了酸雨，冷却后是长时间的气候变暖，这也许可以解释这个时期包括恐龙在内的大约半数地球物种的死亡。

与其他大灭绝的假说相比，斯文森的主张有一个过人之处：他们正在研究当大量化石碳突然进入大气时，地球生命会发生什么改变。也许再过一两个世纪，人们可以欣然回首查看今天这些大规模实验的初级成果。