地球上最严重的生命大灭绝

晨飞

地球已知的大规模物种灭绝事件发生过五次。每一次都有大约75%的主要物种在短期内消失，典型时间为200万年甚至更少。大约2.52亿年之前，地球发生了第二次生命大灭绝，这次，地球上的生命几近消亡。在地质年代中的一瞬间，地球上至少70%的陆地物种和96%的海洋物种一起消失了。这次事件有时被称为“大灭绝”。这是地球历史上最大规模的物种灭绝事件，它的程度远远超过了大约1.86亿年之后导致恐龙灭绝的那次大灭绝。恐龙灭绝事件只摧毁了地球上50%的物种。

这次大灭绝的细节被写进了石头里，这么讲非常贴切。这段时间形成的化石逐渐为我们揭开了该事件的细节。很多生物体突然从化石记录中消失了。例如海洋节肢动物三叶虫在二叠纪的岩石中非常常见，到了三叠纪岩石形成的时候，这种生物存在的所有标志都消失了。

是什么造成了这次大灭绝，长期以来一直是一个谜。许多科学家猜测，大规模火山喷发跟它有些关系。位于今日俄罗斯西伯利亚的大火山持续喷发了几万年，但是几乎没有能把这次火山喷发和物种灭绝联系起来的真凭实据。

最近，科学家发现，这次火山喷发在陆地和海洋都造成了致命的状况。对这些细节的最新分析可以为我们提供解读当今地球变化的重要经验。

生命进程被打断

在二叠纪，地球上所有的陆地都汇聚在一起，是一片超级大陆，被称为“泛大陆”。此时的地球拥有一片主要的洋和一片较小的海。泛大陆庞大的面积使得地球的大多数地方温暖干燥。

二叠纪世界充满生命。在陆地上，昆虫嗡鸣爬行，包括原始的蜻蜓和蟑螂。大型的食草爬行动物和两栖动物在森林里觅食。海洋由鱼类统治。珊瑚礁繁荣生长。三叶虫在海底急促爬行。

然后，在这段繁茂时代的末期，火山开始喷发、喷发，不停喷发，在6万年间喷出看起来无穷无尽的岩浆瀑布。这次喷发在地球历史上规模最大，倾倒出了足够将整个美国大陆覆盖将近1.6千米厚的岩浆！

超大规模的火山喷发会对生命造成多种干扰。首先，喷发会向大气层注入大片灰烬，这些灰烬会将阳光遮蔽。喷发同样可能将海洋和大气加热，这会造成整个星球的地表温度升高，随之改变天气模式。喷发泵出多种气体，尤其是二氧化碳。作为一种温室气体，二氧化碳使地球上的热量无法逃逸至太空。这也进一步造成了气候变暖。海洋同样会吸收大量碳，使海水更加酸化。

西伯利亚火山大爆发和二叠纪—三叠纪大规模灭绝事件在时间上正好重叠。这是巧合吗？或者不是巧合？其中含有一个大而挥之不去的问题。

为了查明西伯利亚火山喷发是否造成了大灭绝，需要非常精确地得知每个事件是何时发生的。地球年代学家赛斯·博格斯知道，如果火山喷发刚好发生在大灭绝之后，就不会是导致大灭绝的原因。

地球年代学家专门研究确定岩石的年龄。作为麻省理工学院（MIT）的一名博士研究生，博格斯带领一个团队分析来自中国的岩石样本。这些岩石在二叠纪末期形成。他们希望古老的岩石能够告诉他们关于西伯利亚火山喷发时间的信息。

这些岩石是一种沉积岩，是按时间顺序形成的，最年轻的岩层在最上面。在最下面的石灰岩层中，科学家找到了在二叠纪生活的动物化石，但这些化石在更年轻的二叠纪岩层中缺失了。所以大灭绝一定是发生在这期间的某个时间。

通过查看石灰岩的两个组分——碳和锆石，博格斯和他的团队提出了西伯利亚火山喷发的时间线。他们发现，动物化石在一个6万年的区间里消失了。不过，在最后1万年中，来自火山的碳的含量突然出现了波动。

博格斯总结说：“看上去一切一如往常，直到突然间一切都改变了。”

海洋酸化

但这些碳如何改变了世界？一组科学家对那6万年间海水pH 值的变化感到好奇。他们尤其想要知道，在最后1万年间海水pH值是不是发生了什么异常变化，这种变化与博格斯和他的团队的发现有没有关系。

为了解开这个谜团，马修·克拉克森带领一个研究团队到阿拉伯联合酋长国旅行。克拉克森是一名地球化学家，在2014年指导这项工作的时候，他供职于苏格兰爱丁堡大学。他的团队发现了曾经位于二叠纪海洋底部的石灰岩岩石。这些岩石提供了当时海洋条件的记录。

为了研究海水pH值是如何变化的，研究团队跟踪记录了岩石中两种形态的硼的含量的差异，这些硼是来自二叠纪海水的化学元素。

“硼在海水中有两种不同的形态，硼酸和硼酸盐。”克拉克森解释道，“它们在海洋中的含量比值取决于海水的pH值。”通过确定硼酸和硼酸盐的比例，或者说相对含量，研究者可以推算出岩石形成时海水的pH 值。

克拉克森的团队绘制了石灰岩层中两种硼含量比例的曲线图。他们发现pH 值具有一个变化模式。就在二叠纪—三叠纪交界时期，pH值有一个迅速的、戏剧性的变化，这表明海水的酸性增加了。

“我们看到了硼的变化，”克拉克森说，“这种变化对应大约0.6个pH值单位。”他的团队把这些数据与博格斯从同一时期中国岩石样本中得出的精确碳年代进行了比较，发现海洋向酸性更强的方向偏移的过程，与火山喷发造成碳含量变化发生在同一时期。

关键一击

但故事到此并没有结束。西伯利亚火山喷发的前5万年里应该已经释放了足够的二氧化碳，使地球表面升温。许多陆地动物或许不能轻易适应这种演化的环境。另外，物种灭绝会给生态系统带来广泛的压力，这5万年间火山喷发带来的氧气减少或许削弱了许多物种的生存能力。

在他和博格斯的数据中，火山喷发的第二个阶段——也是毁灭性的阶段——发生在最后1万年。喷发的最后阶段产生了比正常情况更多的二氧化碳。

“某些东西使二氧化碳增加了。”博格斯说，“一种可能是，西伯利亚火山开始喷发穿过一层石灰岩的岩浆。喷发的温度可能非常高，足够熔化石灰岩。这会释放岩石中包含的碳，增加了喷发的气体含量。”

二氧化碳的额外增加看起来给了海洋生物致命一击。这些二氧化碳很多都溶解在了海水里。这会造成海水pH值急剧降低。酸性更强的海水会溶解构成贝类壳体的钙质矿物，同时会使这些生物分泌钙质生成新的贝壳变得更加困难。

“一些依赖钙化过程生成壳体的生物受到的危害尤其严重。”克拉克森说。化石证据表明，灭绝数量最多的生物是那些最依赖钙质壳体的。在那最后的1万年之中，许多在火山喷发第一期存活下来的物种终于支撑不下去了。

“硼数据提供了至今为止最直接的有关海水pH值在二叠纪—三叠纪交界区间内如何变化的图景。”乔纳森·派恩注解道。他是斯坦福大学的一名地质学家。他没有参与这项研究。

还有一项间接证据与陆地上的物种灭绝相关：造成海洋酸化的二氧化碳增加或许同样引发了主要的陆地生态破坏。全球变暖以及降雨量的变化很可能消灭了许多残留在陆地上的生物。

灾难重演？

在“大灭绝”之后，地球恢复了生机。毕竟，还是有一些幸存者的。它们成了许多新植物和动物的祖先，包括恐龙。“大灭绝”为一些特别成功的后来者扫清了障碍，其中就包括人类。但是想要保持人类这个物种的成功，我们应该从这个远古的时代吸取教训。气候变化和海洋酸化听起来是不是特别耳熟？它们如今再一次发生了。

就像二叠纪—三叠纪灭绝时那样，今天的变化是由大气层中额外的二氧化碳造成的。只不过，这一次，大部分的二氧化碳不是来自西伯利亚火山，而是来自人类对富含碳的化石燃料的燃烧。

克拉克森说，在19世纪早期，地球海洋的pH值是8.2。从那时起，人类活动将很多二氧化碳排放到大气层中。现在，海洋的pH值已经降到了8.1。“预计到21世纪末，pH值会再下降0.3到0.4个单位。也就是说在区区300年间，海洋的pH值会下降0.4到0.5个单位。”他说。这对依靠制造壳体而生存的生命以及以它们为食的捕食者来说，足以造成严重损害。

以这一速率，到2400年，海洋或许会酸化到与“大灭绝”时期相同的程度，那是一个几乎所有生存在地球上的物种都灭绝了的时期。

关键词

酸性物质：含酸材料，这些材料通常具有腐蚀矿物质或阻碍矿物质形成的特性，例如碳酸盐。

酸化：使溶液pH值降低的过程。当二氧化碳在水中溶解时，会引起生成碳酸的反应。

两栖动物：包括青蛙、蝾螈和蚓螈在内的一类动物。两栖动物具有脊椎，可以通过皮肤呼吸。与爬行动物、鸟类和哺乳动物不同，未出生或者未孵化的两栖动物不发育专门具有保护性的羊膜囊。

泥盆纪：横跨距今4.16亿年至3.6亿年的一段地质时期。此时，地球大陆块汇集成了两块超级大陆：冈瓦纳大陆和欧美大陆。这一时期出现了最早的植物，没有叶也没有根。在这一时代末期，演化出了蕨类和种子植物。一些甲壳类动物和三叶虫与多种鱼类一起栖息在海洋中。陆地由多种无翼的节肢动物（蜘蛛和昆虫的祖先）占据。

恐龙：字面意思是“可怕的蜥蜴”。这些远古爬行动物生活在距今2.5亿年至大约6500万年间。恐龙全部由叫作祖龙的产卵爬行类演化而来，这些祖龙的后代最终分成两个谱系，可通过臀部盆骨形状进行区分。臀部盆骨像蜥蜴的成为蜥臀目，例如两足兽脚亚目的霸王龙和笨重的四足迷惑龙属（曾被称为雷龙）。另一个谱系被称为鸟臀目，或鸟臀目恐龙，通向一类差异广泛的动物，包括剑龙和鸭嘴龙。

演化：持续多个世代，或者在很长一段时期内的变化。在生物体中，演化通常包括基因的随机改变，这些改变将会传递到个体的后代中，可以促使新性状的产生，例如毛色变化、对疾病的敏感性或耐受性变化，或者不同的性状特征（例如腿型、触须、脚趾或者内部器官）。非生命体如果随着时间产生变化也可以被描述为发生了演化。例如，计算机的微型化有时候被描述为这些设备朝着更小、更复杂的方向演化。

化石燃料：地球内部腐烂的细菌、植物或者动物残体通过上百万年形成的燃料，例如煤炭、石油（原油）或者天然气。

地质年代学：研究岩石年龄的科学。地质年代学家通常使用元素已知的放射性衰变速率来确定岩石的年龄。

二叠纪：距今3亿年至2.5亿年的一段地质时期，陆地上许多爬行动物达到鼎盛，但尚未出现恐龙，海洋由许多大型无脊椎动物统治，但是大多数都在二叠纪末期向三叠纪过渡时灭绝了。

三叠纪：距今2.5亿年至2亿年的地质时期，这一时期最著名的是恐龙第一次出现。