史上首次生物大滅絕持續僅二十萬年

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  【科技前沿】

  在已知地球歷史上  ,共發生過5次全球性的大規模集群滅絕事件  ,發生在4億多年前奧陶紀末的生物大滅絕是其中第一次  。這次生物大滅絕持續瞭多長時間  ?1月6日  ,記者從中科院南京地質古生物研究所獲悉  ,一個由中國、澳大利亞、美國等多國古生物學者組成的研究團隊新近發現  ,地球史上首次生物大滅絕事件僅發生在短短20萬年之間  。相關研究成果已發表在《固體地球科學》上  ,在學界引起關註  。

  八年探索攻克科學難題

  奧陶紀末的生物大滅絕重創瞭海洋生態系統  ,導致當時85%的海洋生物物種滅絕 。科學界普遍認為  ,此次生物大滅絕與冰川作用有關  ,但其持續時間、過程和具體發生機制等 ,一直沒有定論 。

  此次  ,科研團隊歷時8年探索 ,在我國華南考察瞭百餘條奧陶系—志留系界線剖面  。此次研究的主要組織者之一、中科院南京地質古生物研究所研究員詹仁斌告訴記者  ,在奧陶紀  ,如今的華南地區大多數處在深水區  ,形成瞭大量黑色頁巖  ,冰川影響的變化並不明顯  ,給研究帶來瞭很大的障礙  。

  但在雲南永善縣 ,研究人員發現瞭一段連續完整的、出露良好的奧陶系—志留系界線剖面 。“這段剖面黑色頁巖和灰巖相互夾層  ,地質學上一般認為  ,黑色頁巖在深水中形成  ,而灰巖則在淺水中才能沉積下來  。因此  ,這個地方記錄瞭當時此地水位深淺的變化  ,完整保留瞭首次生物大滅絕期間的化石沉積物記錄 。”詹仁斌說  。

  更令研究人員欣喜的是 ,在這段24.3米的夾層剖面內  ,還保存瞭23層斑脫巖  。詹仁斌介紹  ,斑脫巖由火山灰沉積而成  ,包含火山鋯石這種特殊礦物  ,其中的放射性同位素鈾會衰變成鉛 。“通過檢測其中的衰變程度  ,我們就可以推算出具體的時間  。”

  以這些時間為基礎  ,在詳細沉積學研究的基礎上  ,研究人員首次結合不同巖性的沉積速率差異  ,最終發現 ,奧陶紀末的這次大滅絕  ,發生在4.431億年前到4.429億年前的20萬年間  。

  冰川作用引發生物滅絕

  詹仁斌告訴記者 ,發生在奧陶紀末的這次生物大滅絕的原因和其他時代相比有很大差異 。歷史上  ,地球曾經出現過多次大冰期  ,例如石炭紀冰期、第四紀冰期等 ,這些時期的冰川規模並不比奧陶紀末的規模小  ,但均沒有出現過生物大滅絕的情況 。

  國際同行研究認為  ,奧陶紀末的冰期造成的冰蓋規模達到1.5億立方千米 ,大約是今天地球南極和北極冰蓋總和的6倍以上  。如此大規模的冰蓋導致全球海平面急速下降100-150米  ,絕大部分海洋生物遭受瞭“滅頂之災”  ,許多門以內的生物類群滅絕並最終被新的類群取代  ,寒武紀生命大爆發以來的地球生物遭遇瞭第一次大劫難  。

  “20萬年在地質史上不過短短一瞬  。但這次大滅絕重創瞭海洋生態系統 ,當時85%的海洋生物因為來不及遷移或沒辦法適應新的生存環境而滅絕 ,原有的生物群落結構瓦解  。”詹仁斌說  。

  同時  ,詹仁斌認為  ,像這樣的生物大滅絕事件在地球上發生過數次  ,是自然界發展的規律 。“雖然滅絕瞭一部分生物  ,但另一批新生物又將重新繁盛 。地球上出現過5次大滅絕  ,每一次大滅絕後生物的繁盛度都遠超從前 。”

  為研究大滅絕成因和發生機制提供重要依據

  對於這次大滅絕的過程與機制  ,一直存在比較大的爭議  ,其中一個重要原因就是  ,與大滅絕相關的地層層位雖然有比較精確的生物地層控制 ,但長期以來一直缺乏高精度年代學限定  ,從而制約瞭對奧陶紀末生物大滅絕時限和機制的解讀  。

  相較其他時代來說  ,奧陶紀的沉積比較特殊  。在奧陶紀時期 ,有效的火山灰記錄十分有限  ,因此難以劃分其中的具體時代  ,目前為止 ,國際上較為公認的參考年齡由數學模型計算得來  ,並非是根據火山灰測量出來的準確數據  。

  此次研究  ,團隊總共測量瞭23層斑脫巖  ,最終得出4層有效數據  ,為奧陶紀具體時代的研究提供瞭更加準確的數據支撐  。

  同時  ,此次的測量數據與奧陶紀和志留紀的時間界限非常接近  ,在野外地層僅相差1米左右的距離  ,給出瞭這兩個時代界限迄今為止最準確的一個估算值  ,即距今約442.67±0.24百萬年 。

  這一成果  ,為人類精確研究奧陶紀末生物大滅絕的成因和發生機制提供瞭重要依據  ,同時也為相關地質年代的劃分提供瞭新的標尺  。

  (本報南京1月6日電 本報記者 鄭晉鳴 本報通訊員 紀清釗)