差点毁灭地球的二叠纪末大灭绝持续了多久,为什么来得如此致命?

二叠纪-三叠纪生物大灭绝事件,发生在2.52亿年前,这次事件标志着古生代结束,中生代开始。这是地球上有史以来最严重的灭绝事件,导致96%的海洋生物和70%的陆地脊椎动物灭绝。所有生物家族中约57%的科和83%的属永远消失了。

大灭绝对生物演化的影响

在二叠纪末大灭绝事件中,海洋无脊椎动物遭受的损失最大,尤其是碳酸钙骨骼的动物。双壳动物取代了腕足动物在海床的优势地位,并延续至今。在海中遨游了三亿年的三叶虫也永远消失了。陆地昆虫遭到重创,这是已知规模最大的昆虫灭绝事件。四足脊椎动物有三分之二的种类消亡,但恐龙和哺乳动物的祖先都幸运地活了下来。

二叠纪末大灭绝

这次大灭绝如此严重,差点把地球打回到寒武纪之前的时代。由于失去了如此多的生物多样性,生态系统恢复所需的时间比任何其他灭绝事件都要长,可能长达1000万年。事实上,在三叠纪相当长一段时间里,地球生态系统的多样性很有限,不复古生代后期壮丽多彩的景象了。

大灭绝是个渐进的过程

然而,如此严重的大灭绝绝非瞬间完成的。关于整个灭绝事件的持续时间还存在争议,有证据表明在二叠纪末期存在一到三个灭绝高峰,或者灭绝在几百万年间蔓延,在最后一百万年出现了一个最高峰。即便只考虑最后一个灭绝的最高峰,也持续了几十万年。也就是说这次灭绝事件是个渐进的过程,物种是在二叠纪末期一个接一个消失的,而并非在最终那一刻遭到了猛然的灭顶之灾。例如,介形类和腕足类的大规模灭绝相差了67至117万年(精确时间难以确定)。

二叠纪末大灭绝导致巨型食草动物消亡

一些研究者认为二叠纪的大灭绝事件有两个主要的灭绝高峰,相差940万年,前一个发生在二叠纪中期的瓜达卢普世末期,后一个发生在二叠纪末期。最后的大灭绝只消灭了当时80%的海洋生物,其他的则是在瓜达卢普世末期或者两次灭绝之间消失的。

当然,相对于地球46亿年的历史,这次大灭绝持续了几百万年确实是比较短暂的。

大灭绝的成因

陨星撞击

长期以来很多学者怀疑与白垩纪末的恐龙大灭绝一样,二叠纪末大灭绝也是由陨星撞击引起的。科学家找到了几个陨石坑,包括澳大利亚西北海岸的贝德奥特陨坑和南极洲东部的威尔克斯地陨坑,但这些陨坑都不足以解释如此大规模的生物大灭绝。

陨星撞击

有一种可能是当时的撞击地点今天已经被深埋于海底之下。然而,与陨星撞击引起的灾变相比,二叠纪末大灭绝更缓慢,且更不具全球化。最可能的解释是,陨星撞击引发了超级火山的喷发及之后的一系列灾变,这才导致了二叠纪末大灭绝的发生。

超级火山爆发

二叠纪的最后阶段发生了两次超级火山爆发。峨眉山火山大爆发发生在瓜达卢普世末期,当时这个火山位于赤道附近,这次事件开启了二叠纪末大灭绝。西伯利亚超级火山大爆发发生在二叠纪末期,是地球有史以来最大的火山事件之一,抛出的熔岩覆盖了超过200万平方公里的土地,将二叠纪末大灭绝推上了高潮。

超级火山爆发

超级火山爆发将大量尘埃和酸性气体抛往大气中。尘埃会阻挡阳光,从而破坏光合作用,导致地球食物链崩溃。酸性气体导致酸雨降落,会杀死陆地植物和具有碳酸钙骨骼的无脊椎动物。这也解释了为什么在这次大灭绝中碳酸钙骨骼的无脊椎动物损失最为惨重。

酸雨降落给陆生植物带来了浩劫

火山爆发点燃了煤层,引发的火灾产生了大量二氧化碳,同时熔岩覆盖了大面积浅海地区,导致海床沉积物解离,释放出大量甲烷,二氧化碳和甲烷都是强大的温室效应气体。先是尘埃阻挡了阳光,导致全球变冷,当所有的尘埃和酸性气体被从雨水冲走后,剩下的二氧化碳和甲烷又会导致全球变暖,这样地球经历了气温先迅速下降又急剧升高的变化过程,很多生物难以承受。

海洋缺氧和硫化氢的释放

二叠纪晚期到三叠纪早期海洋中一直是缺氧的。造成海洋缺氧主要原因是超级火山爆发排放的大量二氧化碳导致气候变暖,使氧气溶解量下降,同时加剧的大陆风化作用将大量磷酸盐冲入水中,导致水体富营养化,加剧了海洋缺氧。缺氧的水体环境也是三叠纪时期海洋生物多样性恢复缓慢的一个重要原因。

大灭绝导致旋齿鲨灭绝和菊石数量锐减

这种缺氧、高二氧化碳的海水蔓延,会导致很多海洋生物死亡,却令硫酸盐还原菌茁壮成长,这种厌氧细菌只需要阳光和硫酸盐就能存活,而当时地球上多发酸雨,海洋中有大量的硫酸盐。在阳光照射下,硫酸盐还原菌将硫酸盐还原成硫化氢,并从中获取生存的能量。这导致大量的硫化氢释放到大气中,剧毒的硫化氢毒死了大量的陆地动植物,并严重破坏了臭氧层,使地球生命暴露于致命的紫外线辐射之下。

盘古大陆的形成

二叠纪中期,由于大陆漂移,地球上的陆地拼合为一块超级大陆,我们称之为盘古大陆。盘古大陆的形成使生物多样性高、生产力高的沿海大陆架地区范围急剧缩小,因此在整个二叠纪晚期,海洋生物的枯竭速度接近灾难性的水平。

盘古大陆示意图

盘古大陆对陆地生物的影响有限,但导致了沿海季风性气候和内陆大陆性气候的分化,加速了两栖动物的衰退和爬行动物的崛起。二叠纪晚期盘古大陆的影响处于最高峰,当时我们哺乳动物的祖先合弓类爬行动物是地球的霸主。进入中生代后盘古大陆渐渐解体为南北两块,气候趋于湿润,不喜干旱的蜥形动物又占了上风,地球进入恐龙时代。

总结

因此,二叠纪末大灭绝是一系列的灾变共同作用的结果。西伯利亚大火山已经足够强烈,更可怕是它发生在煤层和浅海附近,释放了大量二氧化碳和甲烷。由此产生的全球变暖引起了地球历史上最严重的海洋缺氧事件,厌氧的硫酸盐还原菌主导了海洋并导致大量的有毒硫化氢气体排放。这些灾难每一个都比上一个更糟糕,最终酿成了这次空前绝后的生物大灭绝事件。