尋本溯源 2.52億年前地球上90%的動(dòng)植物為何滅絕

距今2.55億年前，我們的古生代地球以茂盛翠綠的森林而聞名，森林中都是高達(dá)30米的現(xiàn)代苔蘚和麻黃類植物的近親。長(zhǎng)達(dá)2.5米的巨型千足蟲散布地面，翅展達(dá)0.7米的類蜻蜓昆蟲掠過(guò)天空，海洋中更是蜂擁著長(zhǎng)達(dá)2米的類蝎子生物和長(zhǎng)達(dá)10米、甚至更長(zhǎng)的肉食魚類。

大約在2.52億年前，地球經(jīng)歷了史上最嚴(yán)重的一次生物滅絕事件。6500萬(wàn)年前終結(jié)恐龍時(shí)代的滅絕事件，雖然一直占據(jù)著頭版頭條，但它僅僅消滅了3/4的動(dòng)植物種類，而“大滅絕”（Great Dying，又被稱為二疊紀(jì)末滅絕事件）卻終結(jié)了超過(guò)90%的生物種類。就連昆蟲都遭受到重創(chuàng)，這個(gè)堅(jiān)強(qiáng)的族群往常是可以平安渡過(guò)滅絕事件的。在“大滅絕”發(fā)生后貧瘠的土地上，微生物抓住了再次主宰地球的機(jī)遇，就像最初動(dòng)植物出現(xiàn)之前那樣。復(fù)雜生物體花了1000萬(wàn)年才又奪回了地球的控制權(quán)。

但究竟是什么引發(fā)了“大滅絕”？是決定恐龍命運(yùn)那樣的外星撞擊？是火山噴發(fā)或構(gòu)造動(dòng)亂？還是簡(jiǎn)單微生物的復(fù)仇？現(xiàn)在，在長(zhǎng)長(zhǎng)的一串“被告”和“罪犯”后面，我們可以再加上另一個(gè)備受爭(zhēng)議的條目——液壓破碎。

液壓破碎法最近成了頭條，它是一種擊碎巖石來(lái)提取碳?xì)渌衔锊短旙w以用作燃料的技術(shù)。而一項(xiàng)最新理論揭示，超大尺度的自然“液壓破碎”引起了“大滅絕”。不僅是“大滅絕”，它也可能是恐龍?jiān)诎讏准o(jì)末期消失得如此迅速的原因之一。

24年前，我們以為自己已經(jīng)掌握了那起并不著名的大滅絕事件的誘發(fā)原因。全球范圍內(nèi)，那一時(shí)期的巖層均含有異常高濃度的銥。銥是一種在地球極其稀有，而在外太空廣泛存在的稀有金屬。這些巖層通常還含有一種只有經(jīng)過(guò)極高壓撞擊才能形成的非正常的石英形態(tài)（柯石英）。這與外太空巖體撞擊地球的觀點(diǎn)相符，它向外擴(kuò)散撞擊沖擊波，向大氣揮散塵屑。這些塵屑形成了“沖擊冬天”，遮蔽陽(yáng)光長(zhǎng)達(dá)數(shù)年，使植物無(wú)法進(jìn)行光合作用而餓死，以植物為食的動(dòng)物也相繼餓死。

撞擊科學(xué)

1991年墨西哥灣巨型?？颂K魯伯撞擊坑的發(fā)現(xiàn)，是一起決定性的事件。這個(gè)撞擊坑的形成年代為6500萬(wàn)年前，直徑為180千米所有人都被吸引了，地質(zhì)學(xué)家也不例外。這一發(fā)現(xiàn)符合“大滅絕事件是由特殊環(huán)境引發(fā)的罕見(jiàn)事件”的觀點(diǎn)。美國(guó)西雅圖華盛頓大學(xué)的古生物學(xué)家彼得·沃德說(shuō)：“從1990到2000年，滅絕事件的模型總是與天地大沖撞有關(guān)。”他形容自己當(dāng)時(shí)也是完全的信服者。

因此，地質(zhì)學(xué)家競(jìng)相尋找銥異常與柯石英，來(lái)與其他滅絕事件匹配。在澳大利亞和南極洲二疊紀(jì)末的巖石中，確實(shí)發(fā)現(xiàn)了一些線索，但銥異常濃度未達(dá)到令人信服的程度，只是恐龍消失時(shí)的1/10。不僅如此，在二疊紀(jì)末滅絕的時(shí)候，不但不是“沖擊冬天”，反而是“溫室夏天”。英國(guó)普利茅斯大學(xué)的理查德·特威切特（Richard Twitchett）說(shuō)：“滅絕事件之前的溫度與現(xiàn)今差不多，但早三疊世卻是個(gè)溫室世界。”他說(shuō)，滅絕事件的高峰出現(xiàn)在地球溫度迅速上升之際，大約升溫了8到10℃。

這跟恐龍滅絕時(shí)的樣板根本就不一樣。正因?yàn)槿绱?，沃德和其他研究者開(kāi)始傾向于尋求非傳統(tǒng)的解釋。過(guò)去20年間地質(zhì)定年技術(shù)的改善確證，二疊紀(jì)末滅絕事件與一次大型火山噴發(fā)事件在時(shí)間上一致。這次火山噴發(fā)使現(xiàn)今西伯利亞250萬(wàn)平方千米的土地被巖漿覆蓋。而在地下，“玄武巖省”可能覆蓋了至少兩倍這么大的面積。

沃德說(shuō)：“正是玄武巖省使事情一發(fā)不可收拾。”隨著火山噴出巖漿，大量的二氧化碳也被釋放進(jìn)入大氣中，可能足夠引起災(zāi)難性的全球變暖，甚至可能引起能夠延續(xù)到現(xiàn)在的后期效果。

錯(cuò)誤的數(shù)字

或許也不是這樣。在英國(guó)利茲大學(xué)研究“大滅絕”的保羅·威格納爾（Paul Wignall）說(shuō)：“數(shù)字仍然不對(duì)。”盡管西伯利亞火山規(guī)模非常大，釋放了大約 2萬(wàn)億噸的二氧化碳進(jìn)入大氣，比我們現(xiàn)在每年釋放的30億噸要多得多，但仍只能滿足引起2.52億年前溫度巨幅增加所需氣體量的1/5。再說(shuō)了，玄武巖省經(jīng)歷了千百萬(wàn)年才能形成，而化石證據(jù)表明滅絕事件速度要快得多，大約介于1萬(wàn)到6萬(wàn)年之間。

這正是珀斯西澳大利亞大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家埃里克·托維爾（Eric Tohver）仍堅(jiān)持小行星撞擊觀點(diǎn)的原因。但如果那時(shí)沒(méi)有大型撞擊證據(jù)，那么好吧，肯定會(huì)有一個(gè)稍小一點(diǎn)的吧。

托維爾與他的同事一直在研究巴西中部阿拉瓜伊尼亞撞擊坑的撞擊結(jié)構(gòu)。想要為這樣的撞擊坑定年并不容易，但他們將它的形成年代定為2.547億年前，前后差不過(guò)250萬(wàn)年。托維爾說(shuō)：“我們可以肯定，它發(fā)生二疊紀(jì)末。”它沒(méi)有?？颂K魯伯撞擊坑那樣大，勉強(qiáng)夠40千米寬，要20個(gè)阿拉瓜伊尼亞撞擊坑才能填滿一個(gè)?？颂K魯伯撞擊坑。埋藏在撞擊坑之下的東西可能是關(guān)鍵所在。托維爾猜測(cè)，當(dāng)時(shí)這一區(qū)域被廣闊的淺海覆蓋，其下是滲透性極差的泥巖。而在泥巖的下面，大量的甲烷從巖層中溢出。即便是現(xiàn)在，泥巖下的那些巖層也富含有機(jī)碳。

托維爾的觀點(diǎn)認(rèn)為，小行星撞擊時(shí)引起了一系列9.3～10.5級(jí)之間的超強(qiáng)地震，使撞擊坑附近1000千米范圍內(nèi)的泥巖破碎，迫使富甲烷砂體溢出。他在切穿二疊紀(jì)巖體的、撞擊前的垂直砂體結(jié)構(gòu)中，找到了這一幕的證據(jù)，而在撞擊后的年輕砂體中卻未有相應(yīng)發(fā)現(xiàn)。

這個(gè)過(guò)程與液壓破碎法或水力壓裂法相似，它們都是將液體泵入巖體，以使巖體破碎，繼而釋放出其中的捕虜甲烷。不過(guò)，人為破碎而釋放的甲烷大部分在電廠被收集用來(lái)燃燒，阿拉瓜伊尼亞撞擊釋放的所有甲烷卻都進(jìn)入了大氣。據(jù)托維爾基于圍巖碳同位素的計(jì)算，其數(shù)量達(dá)到了驚人的1.6萬(wàn)億噸。

由于甲烷是效果極強(qiáng)的溫室氣體，巴西釋放的甲烷效力相當(dāng)于135萬(wàn)億噸二氧化碳，用來(lái)解釋2.52億年前令生態(tài)系統(tǒng)失去控制的全球變暖綽綽有余。

威格納爾說(shuō)，用現(xiàn)代液壓破碎法作對(duì)比有些夸張，卻令這個(gè)假說(shuō)受到了正確的關(guān)注。但他并沒(méi)有被說(shuō)服，因?yàn)榘⒗弦聊醽喿矒舻臅r(shí)間與大滅絕發(fā)生的時(shí)間只是剛剛對(duì)得上而已。他說(shuō)：“測(cè)年結(jié)果并不確定。”他認(rèn)為，托維爾的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的、與二疊紀(jì)末“破碎事件”相關(guān)聯(lián)的垂直砂體結(jié)構(gòu)變化，僅能反映當(dāng)?shù)厣锨f(wàn)年間的地震紊亂，根本與撞擊無(wú)關(guān)。

挪威奧斯陸大學(xué)的亨里克·斯文森更熱衷于普遍觀點(diǎn)，他甚至認(rèn)為小行星撞擊引發(fā)的“液壓破碎”可以解釋恐龍那種規(guī)模的滅絕事件。但他不太確定，托維爾對(duì)阿拉瓜伊尼亞撞擊的解釋是否正確。隨著二疊紀(jì)末滅絕事件越來(lái)越受到關(guān)注，他越支持“液壓破碎”，而非撞擊。

十多年前，斯文森與他的同事開(kāi)始研究西伯利亞玄武巖省，以期了解怎樣的火山活動(dòng)能造成全球危機(jī)。他們的注意力被俄羅斯地質(zhì)圖上一些非同尋常的圈狀構(gòu)造吸引。他說(shuō)：“我們?cè)诘貓D上一看到這些構(gòu)造，就知道我們必須研究它們。”

它們是一些奇特的似煙囪狀結(jié)構(gòu)，巖體的垂直剖面顯示它們充滿了火山物質(zhì)、沉積物及被稱為蒸發(fā)巖的鹽類沉積。當(dāng)他和同事采集管道中的樣品并帶回實(shí)驗(yàn)室加熱分析時(shí)，樣品產(chǎn)生了大量能輕易破壞臭氧層的氯甲烷和甲基溴氣體。

斯文森認(rèn)為，西伯利亞火山噴發(fā)確實(shí)噴出了大量溫室氣體進(jìn)入大氣，但更重要的是，它們烘烤了其下埋藏的富有機(jī)質(zhì)頁(yè)巖和蒸發(fā)巖。這一過(guò)程在10萬(wàn)年內(nèi)產(chǎn)生了超過(guò)100萬(wàn)億噸的二氧化碳和幾萬(wàn)億噸的鹵烴，比如氯甲烷。最初，這些氣體在深處的包體中聚集，但隨著氣壓的增加，上面覆蓋的巖石無(wú)法再承受，因而逐漸破碎而形成了似煙囪狀結(jié)構(gòu)。每一個(gè)“煙囪”都會(huì)爆炸式地噴發(fā)溫室氣體，將破壞臭氧層化學(xué)物質(zhì)噴入高空大氣。

這能夠解釋極端全球變暖事件，會(huì)導(dǎo)致部分物種滅絕，但同時(shí)還會(huì)帶來(lái)另一個(gè)致命因素。隨著大氣中臭氧層的減少，越來(lái)越多的紫外線到達(dá)地球表面，對(duì)那些熬過(guò)氣候變暖的生物繼續(xù)造成傷害。支持這一幕的證據(jù)就是二疊紀(jì)末滅絕事件中森林的消失。威格納爾指出，如果滅絕事件完全由全球變暖引起，森林是不會(huì)消失的。他說(shuō)：“喜暖植物可以向極地遷移，但極地森林依然被清掃一空。”

其他學(xué)者也發(fā)現(xiàn)了直接證據(jù)，表明臭氧層消失至少是大滅絕事件的原因之一。美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的辛蒂·洛依及其同事發(fā)現(xiàn)，晚二疊世巖層中的異常孢粉化石與烏克蘭切爾諾貝利核電站遺址附近的異常松柏花粉很相似?；位ǚ弁瑯釉谛挛魈m靠近極地臭氧空洞的高緯度地區(qū)發(fā)現(xiàn)。所有這些，都與高度輻射有關(guān)。

自然的“液壓破碎”不僅會(huì)引起全球增溫，還會(huì)釋放破壞臭氧層的氣體。最近提出的另一個(gè)新穎觀點(diǎn)認(rèn)為，西伯利亞玄武巖省源自于地幔的一處非正常區(qū)域，這個(gè)區(qū)域能夠釋放大量的二氧化碳和能破壞臭氧層的氯化氫氣體，而不需要任何附加的“液壓”作用。

在幾十年的研究后，最大滅絕事件仍然是一個(gè)謎團(tuán)，這是不爭(zhēng)的事實(shí)。洛依說(shuō)：“有關(guān)這個(gè)謎題最令人感興趣的是，我們離完全解開(kāi)它還非常遙遠(yuǎn)。”

無(wú)論托維爾或斯文森的“液壓”模型是全部還是部分答案，它都照亮了一個(gè)非常重要的新紀(jì)元，因?yàn)榈厍蛘谶M(jìn)入另一個(gè)危險(xiǎn)的暖期。就像藝術(shù)家小野洋子2013年早些時(shí)候在紐約州的一次反對(duì)現(xiàn)代液壓破碎法的示威游行中所說(shuō)的那樣：“液壓破碎法能毀滅土地、自然，然后是整個(gè)世界。”或許結(jié)果會(huì)這樣，雖然并不完全像她所指那樣進(jìn)行。