最大規模滅絕事件的罪魁禍首
2020-10-27 原理
地球生命有著一段漫長而又極為動蕩的歷史。大規模的物種滅絕事件曾不止一次的發生在地球生命的歷史舞臺上，每一次這樣的事件都將本已高度多樣化的生物種群銳減到最低程度，每一次事件也都無一例外地改變了生物進化的進程。
在眾多滅絕事件中，最大規模的一次發生在大約2.52億年前，僅在短短數千年內，約四分之三的陸地生物和95%的海洋生物盡數消失。這次事件標誌了二疊紀的結束以及三疊紀的開始，被我們稱之為二疊紀–三疊紀滅絕事件。
根據最新研究發現所描繪的二疊紀-三疊紀大滅絕開始的藝術構想圖。| 圖片來源：PaleoFactory / Sapienza University of Rome
一直以來，有一種假說認為，這次事件是是由西伯利亞暗色巖區域的大規模噴發引起的，這可能是一次巨大而漫長的火山事件，產生了一系列環境的連鎖反應。然而，對於導致了這次大滅絕的確切誘因，學界仍然存在很大爭議，科學家仍不能完全弄清楚整個事件的因果觸發和事件順序。
直到現在，一個國際研究團隊終於得出了結論，他們通過利用最尖端的分析技術和新穎的地球化學模型，首次對當時的整個事件進行了重建。研究結果被發表在了近期的《自然-地球科學》雜誌上。
在新的研究中，研究人員啟用的是一個常被忽視的「環境檔案」——腕足動物的外殼化石。
腕足動物化石，其同位素組成揭示了導致地球上最大滅絕事件災難的環境和氣候條件的線索。| 圖片來源：Ferrara University
這是一些已經在地球上存在了超過5億年的生物。在南部阿爾卑斯山，存有保存完好的可供研究人員進行科學分析的腕足動物化石。在2.52億年前，這些像生物帶著滅絕事件發生之前不久以及滅絕開始之初的「環境記錄」，沉積在了特提斯海（古地中海）的淺層大陸架底部。
阿爾卑斯山脈南部的白雲巖，保存了獨特的二疊紀-三疊紀化石記錄，其中包括了腕足動物的化石。| 圖片來源：Renato Posenato / Ferrara University
在這項研究中，科學家對化石中硼元素的同位素進行了測量。通過這項測量，他們能夠追蹤2.52億年前海洋中的pH值變化。測量結果表明，在滅絕事件開始之初，海水的pH值出現了大幅度的下降（酸化）。而由於海水的pH值與大氣中的二氧化碳濃度密不可分，因此通過海水pH值，可以進一步地計算出當時大氣中的二氧化碳含量。
研究人員接著將硼同位素與其他碳同位素的研究數據結合在一起，集中輸入到了地球化學模型中。這個以計算機為基礎的模型可以通過解析碳循環動力學、海洋氧化還原條件以及氮同位素的轉化，來模擬當時的地球進程。
他們發現：最初的海洋酸化與來自西伯利亞的大量火山二氧化碳注入大氣有關，而這樣的狀況對當時的生物產生了致命影響，導致了海洋鈣化生物在滅絕事件的剛開始時就慘遭滅絕。
不僅如此，二氧化碳的釋放還產生了進一步的後果。隨著溫室效應引發的全球性溫度升高，陸地上的化學風化作用也得到了增強，這驅動了海洋表面溫度的升高，以及越來越多的營養物質通過河流和海岸進入海洋，在幾千年的時間裡，致使海洋變得過度肥沃，其結果就是導致三疊紀早期的海洋中出現了嚴重的脫氧和硫化物中毒。正是這種相互關聯的生命持續周期和過程中出現的多米諾骨牌式的倒塌，最終導致了在二疊紀-三疊紀交替之際的大規模滅絕性災難。
研究的分析結果還帶來了新的發現。一直以來，甲烷水合物的溶解曾被認為是進一步加劇了滅絕事件的原因。現在，根據新研究的數據顯示，這種說法的可能性是極低的。
這項新的研究具有非常積極的意義。新的研究不僅首次系統地利用了腕足動物作為環境檔案，還改進並新開發了相關的分析方法。為了進行精確的分析，研究人員所使用的是高精度的同位素分析，以及最先進的二次離子質譜計（SIMS）的高解析度微分析。這些技術使得科學家不僅能夠重建大氣中二氧化碳濃度的演變，還可以清楚地追溯火山的活動，最終使得以如此精度來重建2.5億多年前的地球環境成為可能。
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