生物滅絕的真兇

呂　靜

為什么歷史上發(fā)生的一些小行星撞擊地球事件或大規(guī)?；鹕奖l(fā)事件引起了大規(guī)模的物種滅絕，而其他類似事件卻幾乎沒有留下任何化石記錄的遺跡呢？

當(dāng)從地球上空鳥瞰曼尼古根隕石坑，你將會(huì)為大自然的鬼斧神工震驚。這是一個(gè)直徑75公里的圓湖，也被稱為魁北克之眼。當(dāng)年，一個(gè)直徑大約5公里的小行星擊中加拿大北部，砸出了一個(gè)巨大的隕石坑。最初的時(shí)候，這個(gè)隕石坑直徑達(dá)100公里，以后逐漸縮小形成了一個(gè)湖。

曼尼古根隕石坑是地球上第五大撞擊隕石坑，比直徑170公里位于墨西哥尤卡坦的奇科蘇盧布隕石坑小不了多少。人們認(rèn)為，奇科蘇盧布這場撞擊結(jié)束了6500年前的恐龍統(tǒng)治時(shí)代。很多研究人員都將生物大滅絕歸咎于“核冬季”，即由撞擊所產(chǎn)生的粉塵和含硫酸煙霧的環(huán)境。

但是很明顯的是，曼尼古根地區(qū)也受到了撞擊，按理說也應(yīng)該有類似的撞擊反應(yīng)。

很長一段時(shí)間，人們都將大滅絕歸罪于2億年前標(biāo)志著三疊紀(jì)末期的一場災(zāi)難。但是，1992年的一項(xiàng)研究產(chǎn)生了驚人的結(jié)論，認(rèn)為曼尼古根隕石坑有2.14億年的歷史，這個(gè)推論的時(shí)間如此久遠(yuǎn)，以致于人們認(rèn)為曼尼古根撞擊可能是大滅絕的疑兇。

令人驚異的是，現(xiàn)在從化石記錄看來，這次撞擊并沒有造成明顯的生物大滅絕。賓夕法尼亞州大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家麥克爾?阿瑟說：“這次撞擊可能與奇科蘇盧布撞擊的程度一樣大，但是，這次大撞擊竟幾乎沒有留下一點(diǎn)兒氣候或生物反應(yīng)的回音。”

曼尼古根并不是惟一的困惑。大約3500萬年前，一顆巨大的小行星隕落在西伯利亞，形成了一個(gè)直徑100公里的波皮蓋隕石坑。此坑同樣也沒有對(duì)生物產(chǎn)生明顯的長期效應(yīng)。

“甲烷嗝”才是真兇？

當(dāng)考慮到人稱洪流玄武巖噴發(fā)的大火山爆發(fā)事件時(shí)，這一奧秘就愈加深入了。2.5億年前，一場巨大的火山噴發(fā)覆蓋了廣大的西伯利亞區(qū)域，玄武巖的厚度達(dá)到了6公里。這次撞擊造成了被認(rèn)為是史上最大的一次生物物種大滅絕，它標(biāo)志著二疊紀(jì)時(shí)期的結(jié)束。熔巖釋放的大量二氧化碳觸發(fā)全球變暖，進(jìn)一步導(dǎo)致物種大滅絕。

但是，與另一場1.2億年前發(fā)生在西太平洋的洪流玄武巖噴發(fā)比起來，西伯利亞事件就不能算大了，西太平洋噴發(fā)產(chǎn)生的熔巖量幾乎是西伯利亞事件的10倍。這是史上已知的最大洪流玄武巖的噴發(fā)，按理說它應(yīng)該比西伯利亞的巖漿向大海釋放出更多的二氧化碳。但實(shí)際上這次噴發(fā)卻只造成了較少的海洋物種滅絕。

所以，為什么一些小行星撞擊和洪流玄武巖噴發(fā)會(huì)毀滅地球生物，而另一些撞擊和噴發(fā)卻沒有帶來多大改變呢？一些研究人員認(rèn)為，答案就在方位上：真正產(chǎn)生作用的是那些被隕星蒸發(fā)或大火山爆發(fā)烘烤的巖石成分。

科學(xué)家最早獲得的一些線索來自于5500萬年以前的古新世-始新世最熱事件，這個(gè)事件引起了較小規(guī)模海洋物種滅絕。那時(shí)的地球氣溫比現(xiàn)在高5℃，隨后幾千年，氣溫又升高了6℃～8℃，當(dāng)時(shí)北極海表面的溫度曾一度達(dá)到23℃。

很多深海的物種消失了，可能是因?yàn)楹Ｑ髽O度缺氧。溫暖的水不僅含氧較少，還能減緩海洋環(huán)流，削弱對(duì)海洋深處的氧氣供應(yīng)。所以，這是一個(gè)海洋缺氧事件。

碳同位素檢測顯示，氣候突然變暖是由于釋放到大氣中的大量化石碳引起的。但這些碳是從哪里來的呢？一個(gè)懷疑對(duì)象就是埋藏在大陸架冰下、對(duì)溫度變化特別敏感的甲烷冰。如果深埋在地下的水被快速加熱到1℃～2℃，水合物將釋放出數(shù)十億噸甲烷，甲烷是一種強(qiáng)有力的溫室氣體。打出這樣的“甲烷嗝”將會(huì)使得全球變暖。

接下來的問題是，到底是什么最先觸發(fā)了地球的“甲烷嗝”？一個(gè)想法認(rèn)為輕微的變暖可使甲烷嗝自發(fā)產(chǎn)生；另外一個(gè)主張認(rèn)為應(yīng)歸咎于撞擊。

找到證據(jù)

挪威奧斯陸大學(xué)的亨里克?斯文森小組長期研究石油和天然氣儲(chǔ)量豐富的挪威海，那里的海床屬于被稱為北大西洋火成巖的巨大熔巖區(qū)域，是5500萬年前由北大西洋猛烈的火山噴口形成的。

斯文森發(fā)現(xiàn)，來自巨大洪流玄武巖噴發(fā)的熔巖在上百個(gè)地方找到了進(jìn)入含碳豐富的泥巖之路，這些巖床會(huì)加熱泥巖，將其間的碳轉(zhuǎn)變?yōu)榧淄?。甲烷在海床下的深處聚集增多，到最后?huì)向上爆炸，形成海底熱泉噴口(他找到了735個(gè)這樣的噴口)。爆炸的規(guī)模和力量將會(huì)把更多的甲烷送到海平面。

更為精確的巖石年代測定支持斯文森的理論。如果斯文森是正確的，在古新世-始新世最熱事件期間，溫度升高與隨后生物滅絕的真正原因就是大量化石碳突然釋放進(jìn)入大氣。

接下去，斯文森前往南非研究有著1.83億年歷史的卡魯-法拉大火成巖。這一火山爆發(fā)使得海洋生物滅絕，也可能是由于一起類似引起古新世-始新世最熱事件的海洋缺氧事件造成的。

卡魯?shù)娜蹘r被迫流入古代岡瓦納大陸廣大的地下煤礦和油頁巖的沉積層，人們現(xiàn)已在南非、南極洲、阿根廷和塔斯馬尼亞島的一些地區(qū)發(fā)現(xiàn)了這些熔巖的殘跡。在卡魯沙漠，斯文森發(fā)現(xiàn)了與挪威海零星分布的海底噴口很相似的管樣結(jié)構(gòu)，這些開口呈幾近完美的圓形，直徑達(dá)150米。當(dāng)?shù)厝藶榱双@得地下水，曾把鉆頭鉆到開口的1公里深處。這樣，使得斯文森得以窺探到開口內(nèi)部更多的結(jié)構(gòu)。

斯文森認(rèn)為，在這里侵入的熔巖也烘烤煤炭與含碳豐富的頁巖，超過20萬年的氣體累積起來，最終發(fā)生了爆炸，氣體被釋放到地表，形成了成千的管樣結(jié)構(gòu)。這種管子中塞滿了被烘烤過的黑色頁巖。

據(jù)斯文森計(jì)算，地下巖漿中可能會(huì)含有多達(dá)274000億噸的碳，不過，這些碳很少有可能進(jìn)入大氣。今天的人類活動(dòng)每年產(chǎn)生的碳量約為130億噸。

牛津大學(xué)的地質(zhì)學(xué)家斯特芬?海塞伯說：“很久以來，人們就注意到大火成巖和大的環(huán)境改變是同時(shí)出現(xiàn)的。”只是過去人們沒有把這兩件事聯(lián)系起來。海塞伯一直在研究2億年前標(biāo)志著三疊紀(jì)-侏羅紀(jì)分界線的大滅絕，在這個(gè)階段，地球上50%～80%的物種消失了，這個(gè)過程與形成“中央大西洋巖漿區(qū)”的岡瓦納超大陸上的洪流玄武巖噴發(fā)相符合。愛爾蘭都柏林大學(xué)學(xué)院的杰尼弗?麥克埃文的研究顯示，那個(gè)時(shí)期大氣中二氧化碳的水平從60ppm上升到了2100ppm。

從大滅絕推論

與此同時(shí)，斯文森也把注意力投向大滅絕前最大的火山持續(xù)噴發(fā)——“西伯利亞陷阱”，當(dāng)時(shí)95%海洋生物物種和2/3陸地生物物種消失。研究人員認(rèn)為，當(dāng)海洋熱到一定程度，就足以觸發(fā)甲烷嗝，從而使得大氣更暖。通過對(duì)某一年代的化石殘跡進(jìn)行分析，得知當(dāng)時(shí)大氣中二氧化碳的濃度可能高達(dá)8000ppm，而今天大氣中的二氧化碳濃度只有380ppm。

長期以來，二疊紀(jì)大滅絕的主要疑兇一直是形成“西伯利亞陷阱”的熔巖所釋放的碳。但是，斯文森小組并沒有觀察這些熔巖，而是研究其周圍的巖石，他們發(fā)現(xiàn)除了含碳豐富的泥巖和煤礦外，還有一些是他們以前從沒有注意的，這就是石膏、巖鹽和其他礦物質(zhì)所組成的厚度達(dá)2公里的巖層。

食鹽中還有豐富的氯，氯能與甲烷結(jié)合形成破壞性臭氧層的氣體甲基氯，如果在大噴發(fā)期間有足夠的甲基氯逃逸到大氣中，那么紫外線輻射水平就會(huì)增加，也會(huì)加劇物種試圖應(yīng)對(duì)這種變化而導(dǎo)致的改變。

當(dāng)然，斯文森還需要一個(gè)“煙槍”，即噴發(fā)管道。結(jié)果，在去年的回程中，他發(fā)現(xiàn)了那些管道。正像卡魯?shù)囊粯?，西伯利亞的管道中含有烘烤的煤礦和頁巖，區(qū)別是這些管子特別巨大，直徑達(dá)1.5公里，頭露在700米深的古代隕石坑中，根扎在4公里深的巖床中。斯文森已經(jīng)在西伯利亞發(fā)現(xiàn)了數(shù)百個(gè)這種管子。管道數(shù)量之多，令斯文森難以計(jì)算。

氣體的大量傾泄有助于將西伯利亞噴發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)槠褡畲蟮臍⑹?。相比之下，更大的翁?爪哇火山爆發(fā)發(fā)生在一個(gè)熔巖不會(huì)遇到碳或含氯豐富巖石的區(qū)域中，這可能可以解釋它為什么危害較小。

小行星和彗星可能也需要撞擊到含碳豐富的目標(biāo)才能摧毀地球生物圈造成浩劫。曼尼古根的小行星落到了古代片麻巖上，這種巖石含碳很少。波皮蓋的撞擊與之類似。而奇科蘇盧布隕石坑處在大陸架厚厚的石灰石上，那里有含碳豐富的沉積物和鹽沉淀物，蒸發(fā)這些巖石將會(huì)把大量的碳和二氧化硫送入大氣。開始的時(shí)候應(yīng)該是引發(fā)了酸雨，冷卻后是長時(shí)間的氣候變暖，這也許可以解釋這個(gè)時(shí)期包括恐龍?jiān)趦?nèi)的大約半數(shù)地球物種的死亡。

與其他大滅絕的假說相比，斯文森的主張有一個(gè)過人之處：他們正在研究當(dāng)大量化石碳突然進(jìn)入大氣時(shí)，地球生命會(huì)發(fā)生什么改變。也許再過一兩個(gè)世紀(jì)，人們可以欣然回首查看今天這些大規(guī)模實(shí)驗(yàn)的初級(jí)成果。