科研人員在云南永善縣的奧陶系—志留系界線剖面考察。中科院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

進(jìn)入顯生宙以來(lái)，地球一共發(fā)生過(guò)5次全球性大規(guī)模集群滅絕事件。其中，發(fā)生在4億多年前奧陶紀(jì)末的第一次生物大滅絕，其持續(xù)時(shí)間、過(guò)程和具體發(fā)生機(jī)制一直存在爭(zhēng)論。

科技日?qǐng)?bào)記者6日從中科院南京地質(zhì)古生物研究所獲悉，一個(gè)由中國(guó)、澳大利亞、美國(guó)等多國(guó)古生物學(xué)者組成的研究團(tuán)隊(duì)，揭開(kāi)了這層神秘面紗。

他們發(fā)現(xiàn)，這次生物大滅絕事件，僅發(fā)生在短短20萬(wàn)年之間。這一成果，為人類精確研究大滅絕的成因和發(fā)生機(jī)制提供了重要線索。相關(guān)研究成果已于近日發(fā)表在國(guó)際期刊《固體地球科學(xué)》上。

冰川導(dǎo)致奧陶紀(jì)末生物大滅絕

奧陶紀(jì)是古生代的第二個(gè)紀(jì)，氣候溫和，淺海分布廣泛，現(xiàn)今1/3的陸地被淺海覆蓋，海平面比現(xiàn)在高出400米，是地球歷史海侵最嚴(yán)重的時(shí)代。這一時(shí)期，海生生物空前發(fā)展，腕足動(dòng)物、三葉蟲、珊瑚、筆石等迅速演化，原始的脊椎動(dòng)物開(kāi)始出現(xiàn)，陸地上除了很低等的植物，沒(méi)有任何動(dòng)物生存。

4.49億年前，地球進(jìn)入奧陶紀(jì)晚期，正當(dāng)所有生物悠哉生活的時(shí)候，顯生宙第一次大冰期的出現(xiàn)，導(dǎo)致了生物大滅絕，其滅絕規(guī)模位居第二，僅次于2.5億年前的二疊紀(jì)末生物大滅絕。

“奧陶紀(jì)晚期的冰期和生物大滅絕交織在一起。雖然奧陶紀(jì)后發(fā)生過(guò)多次大滅絕，但這些大滅絕事件都沒(méi)有明顯的冰期證據(jù)，而后面也發(fā)生過(guò)幾次大冰期，也沒(méi)有引發(fā)大規(guī)模滅絕。”此項(xiàng)研究主要組織者之一、中科院南京古生物研究所研究員詹仁斌認(rèn)為，奧陶紀(jì)末生物大滅絕非常獨(dú)特。

當(dāng)時(shí)的海洋生物遭遇了滅頂之災(zāi)。“淺海生物對(duì)生活環(huán)境的要求相對(duì)較高，所以一旦環(huán)境發(fā)生突變，它們就難以適應(yīng)，導(dǎo)致死亡。”詹仁斌說(shuō)，像珊瑚、腕足動(dòng)物、三葉蟲等生物門類的多個(gè)類群幾乎全軍覆滅，這次大滅絕重創(chuàng)了海洋生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)85%的海洋生物物種滅絕。科學(xué)界普遍認(rèn)為，導(dǎo)致這場(chǎng)災(zāi)難的罪魁禍?zhǔn)拙褪峭韸W陶世的冰川事件。

滅絕速度比想象的要快很多

以往的定年技術(shù)不夠，科學(xué)家們僅從化石著手研究，比較公認(rèn)的說(shuō)法是，在奧陶紀(jì)末的100萬(wàn)年以內(nèi)，發(fā)生了這次大滅絕。

此次，中科院南京地質(zhì)古生物研究所、廣州地球化學(xué)研究所、澳大利亞國(guó)立大學(xué)以及美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)近8年努力，在我國(guó)華南考察了百余條奧陶系—志留系界線剖面，最終在我國(guó)云南永善縣發(fā)現(xiàn)一個(gè)連續(xù)完整的奧陶系—志留系界線剖面。這段地層完整保留了首次生物大滅絕期間的化石沉積物記錄，研究人員對(duì)其中保存的化石進(jìn)行研究，并對(duì)巖層進(jìn)行精確定年。

“云南永善縣發(fā)現(xiàn)的剖面比較特殊，近25米厚的剖面里高度凝縮了不同巖性的巖層。這些巖層主要由頁(yè)巖和石灰?guī)r組成，頁(yè)巖主要是深水和較深水的沉積物，保存了筆石等生活在水體表層的漂浮生物;石灰?guī)r在相對(duì)較淺的環(huán)境下形成，帶殼的底棲生物曾在此大量繁育。”詹仁斌認(rèn)為，這兩種巖石交替堆砌，意味著當(dāng)時(shí)的海水深度發(fā)生了多次規(guī)律性變化，環(huán)境動(dòng)蕩。

有火山活動(dòng)的地方往往就會(huì)有火山灰，火山灰中的鋯石可用以測(cè)量地質(zhì)年齡。課題組在剖面中發(fā)現(xiàn)了23層火山灰沉積，并在其中分析出大量鋯石，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格篩選后測(cè)得其中四層火山灰的精確年齡。再利用國(guó)際通行的方法進(jìn)行測(cè)算，最終發(fā)現(xiàn)，奧陶紀(jì)末的這次大滅絕，發(fā)生在4.431億年前到4.429億年前，將原本以為100萬(wàn)年的大滅絕時(shí)間間隔壓縮至短短20萬(wàn)年。

從100萬(wàn)年壓縮到20萬(wàn)年以內(nèi)，奧陶紀(jì)末生物大滅絕發(fā)生的速率要比原先想象的要快得多。“這一時(shí)期形成了大規(guī)模冰蓋，總規(guī)模達(dá)到1.5億立方千米，是今天地球南極和北極冰蓋總和的6倍以上。”詹仁斌說(shuō)。

20萬(wàn)年，與人類的文明史相比是相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，但從地質(zhì)歷史角度來(lái)看不過(guò)短短一瞬。當(dāng)時(shí)，全球海平面急速下降100至150米，氣溫下降6—8攝氏度，一系列的快速變化讓海洋生物來(lái)不及適應(yīng)新環(huán)境，最終對(duì)海洋生物造成了致命打擊。(實(shí)習(xí)生 季天宇 記者 張 曄)