我们倾向于认为地球是一个非常稳定的场所。虽然天气可能存在季节性变化,但在我们的一生中,事情并没有发生太大的变化。然而,如果你从更长远的角度来看,从更长远得多的角度来看,事情可能会发生很大的变化。事实上,在地球历史上,曾经有五次生命彻底改变。当时地球上超过一半的物种完全消失了。
在本期《无处不在的日常》节目中,我们将进一步了解地球的物种大灭绝事件及其成因。本期节目由Mint Mobile赞助。
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从寒武纪生命大爆发到今天,这条道路并非一帆风顺。事实上,它经历了一些毁灭性的时期,地球上大量的生命死亡。尽管发生过许多灭绝事件,但古生物学家已经确定了五次被称为物种大灭绝事件的事件。
古生物学家通过研究化石记录来识别物种大灭绝事件,他们在相对狭窄的沉积岩层中观察到许多物种的突然和广泛消失。这些灭绝层位通常在全球范围内同时出现,并以生物多样性的急剧下降为标志,随后在更高的地层中出现新的物种。
其他证据包括化石类型和丰度的变化,以及碳或氧等同位素比率的变化,表明环境变化,以及铱层、黑色页岩或火山灰沉积物等地质标志的存在。这些线索共同为理解过去的全球危机及其生物影响提供了时间表和背景。
所以在本集中,我想回顾这五次物种大灭绝事件,并解释发生了什么以及原因。奥陶纪-志留纪灭绝事件发生在大约4.43亿年前,被认为是地球历史上第一次主要的物种大灭绝事件。它以奥陶纪的结束和志留纪的开始为标志。
这次灭绝分两个不同的阶段展开,导致大约85%的海洋物种消失,使其成为有史以来最严重的生物多样性危机之一。在奥陶纪末期,地球上的生命主要存在于海洋中。海洋里充满了三叶虫、腕足类动物、苔藓虫、海百合和软体动物等无脊椎动物。
奥陶纪-志留纪灭绝事件的主要假说是由于冰川作用导致的全球变冷。地质证据表明,巨大的冰川在冈瓦纳超大陆上形成,冈瓦纳超大陆当时位于南极附近。随着冰盖的扩张,全球海平面大幅下降,导致容纳珊瑚礁和腕足类动物群落等多样化生态系统的浅海环境干涸。
这种栖息地的丧失摧毁了高度适应这些环境的物种。另一个促成因素是海洋环流和化学成分的破坏。冰川作用可能导致海洋缺氧,在这种情况下,海洋中的氧气水平急剧下降。这一时期的黑色页岩和沉积岩层的存在为此提供了证据,这些沉积岩层通常沉积在低氧环境中。
这些变化会进一步加剧海洋生物的压力,并导致大范围的死亡,尤其是在对温度和氧气供应变化敏感的生物中。有趣的是,也有证据表明火山活动、伽马射线暴和其他宇宙事件可能扮演了次要角色。第二次主要的灭绝事件是晚泥盆世灭绝事件,发生在大约3.72亿年前,这是一个漫长的危机,而不是单一的灾难性事件。
它持续了几百万年,被认为是一系列灭绝脉冲,而不是一个单一的、急剧的、明确的界限。这次灭绝主要影响海洋生物,导致大约75%的物种消失,并显著降低了生物多样性,尤其是在造礁生物和被称为盾皮鱼的装甲鱼类中。
泥盆纪,通常被称为鱼类时代,其特点是海洋生态系统多样化,以及植物和节肢动物对陆地的早期殖民。然而,到了晚泥盆世,几种环境压力开始累积,导致了广泛的生态崩溃。晚泥盆世灭绝的一个主要疑似原因是与陆地植物扩张相关的全球变冷。
维管束陆地植物,特别是那些具有深根系统的植物,的快速进化和传播改变了地球的碳和养分循环。根系帮助分解岩石,增加了养分(如磷)流入河流,最终流入海洋。这种涌入可能导致海洋环境富营养化或过度富集,从而引发大型藻类大量繁殖。
这些藻类大量繁殖反过来又导致了海洋缺氧。在世界各地泥盆纪海洋沉积物中发现的黑色页岩为此假说提供了强有力的证据,就像第一次物种大灭绝事件一样。这次缺氧事件,被称为凯尔瓦瑟事件,在地质记录中得到了很好的记录,标志着这段时间的主要灭绝脉冲之一。
稍晚一些的第二次脉冲,称为亨根贝格事件,也显示出缺氧的迹象,并可能表明另一轮环境不稳定。这些缺氧事件不成比例地影响了珊瑚礁生态系统,到泥盆纪末期,珊瑚礁几乎消失了,三叶虫、腕足类动物、菊石和无颌鱼类也受到了严重影响。
另一个已被探讨的潜在原因是火山活动。大规模的火山活动,可能与现在西伯利亚东部的西伯利亚暗色岩有关,可能导致了大气变化,包括气候变冷和碳循环中断。第三次主要的物种大灭绝事件是二叠纪-三叠纪灭绝事件,发生在大约2.52亿年前。这是地球历史上最严重的物种大灭绝事件。
这次灭绝标志着二叠纪和三叠纪之间的界限,通常被称为大灭绝。这场灾难消灭了大约96%的海洋物种和大约70%的陆地脊椎动物物种,以及许多昆虫和植物类群。它重塑了地球上生命的轨迹,创造了早期恐龙和现代海洋动物群最终将填补的生态空缺。
灭绝的主要原因被认为是火山活动的大规模爆发,特别是在西伯利亚暗色岩,这是一个位于西伯利亚中部、覆盖数百万平方公里的巨大熔岩流区域。更重要的是,火山活动向大气中释放了大量的温室气体,包括二氧化碳和甲烷。这导致全球气温急剧上升,导致剧烈的全球变暖。
火山成因的证据包括西伯利亚暗色岩的放射性年代测定,这与灭绝的时间非常吻合。此外,碳同位素记录显示出主要的负偏移,即碳13与碳12比率的突然下降,这表明大气和海洋中注入了大量的同位素轻碳。
这与火山排放的二氧化碳以及海洋沉积物中冻结甲烷的不稳定有关,这可能是由变暖引起的。由此产生的气候变化产生了连锁反应。海水变暖导致海洋分层,阻止了地表水和深层水的正常混合,并再次导致了大范围的缺氧。这再次得到了这一层中黑色页岩的全球存在所支持。
一些模型和研究还表明,缺氧条件使硫酸盐还原菌大量繁殖,产生大量的硫化氢。这种有毒气体可能同时毒害了海洋和陆地生物,并导致臭氧层破坏,增加了地球表面的有害紫外线辐射。
酸雨可能进一步加剧了环境危机。火山活动释放的二氧化硫会在大气中形成硫酸,导致陆地和海洋环境酸化。这影响了植物生命和具有碳酸钙壳或骨骼的水生生物,这些物质会溶解在硫酸中。化石证据表明珊瑚礁崩溃,植物物种大量消失,以及许多大型两栖动物和爬行动物消失。
从二叠纪-三叠纪灭绝事件中恢复是一个漫长的过程,需要数百万年。这种异常缓慢的反弹是该事件严重程度的另一个指标,据认为是由于所产生的环境问题的长期性和复合性造成的。第四次主要的灭绝事件是三叠纪-侏罗纪灭绝事件,发生在大约2.01亿年前。
它标志着三叠纪和侏罗纪之间的过渡,导致大约70-80%的物种消失,极大地改变了陆地和海洋的生态系统。虽然不如二叠纪-三叠纪灭绝事件严重,但它仍然是地球生物史上的一个重要转折点,为侏罗纪时期恐龙的统治铺平了道路。
这次灭绝事件在地质时间尺度上相对较快地展开,并影响了广泛的生物体。在陆地上,许多大型两栖动物和早期主龙类(鳄鱼和恐龙的近亲爬行动物)都灭绝了。在海洋中,海洋爬行动物、菊石、双壳类动物和牙形石遭受了重大损失。
这次灭绝消除了许多生态竞争者,并使恐龙(以前是几种大型陆地脊椎动物之一)成为主要的陆地动物。三叠纪-侏罗纪灭绝事件最广泛支持的原因是与超大陆盘古大陆的初始裂解相关的巨大火山活动。
这次分裂导致了所谓的中央大西洋岩浆省的形成,这是地球历史上已知最大的大陆火山区之一。这些喷发向大气中释放了大量的二氧化碳、甲烷和二氧化硫,极大地改变了全球气候。地质证据包括现在北美、南美、欧洲和非洲部分地区广泛存在的熔岩流。
曾经与中央大西洋接壤的地区。这些火山岩的放射性年代测定与灭绝事件非常吻合,表明两者之间存在因果关系。第五次也是最后一次物种大灭绝事件是白垩纪-古近纪灭绝事件,发生在大约6600万年前。它也许是地球历史上最著名的物种大灭绝事件,也是你可能最熟悉的事件。
它标志着白垩纪和中生代的结束,以及古近纪和新生代的开始。这次事件导致地球上约75%的物种灭绝,包括所有非鸟类恐龙,并极大地重塑了地球上的生命。它影响了海洋、陆地和淡水生态系统中广泛的生物体。
这次灭绝最广泛接受和支持的原因是大型地外天体(很可能是一颗小行星)的撞击,其直径约为10至15公里。这次撞击形成了希克苏鲁伯陨石坑,这是一个巨大的结构,宽超过180公里,位于现代墨西哥的尤卡坦半岛。
撞击假说的证据相当充分。关键证据之一是全球范围内发现的被称为K-Pg边界粘土的沉积层。这一层富含铱,这在地球地壳中是一种稀有元素,但在小行星和彗星中含量丰富。路易斯和沃尔特·阿尔瓦雷斯及其同事于1980年发现这种铱异常,这是理解灭绝原因的关键时刻。
撞击最深刻的影响可能来自它引起的气候破坏。碰撞会将大量的尘埃、气溶胶和汽化的岩石抛入大气层,阻挡阳光,并产生一种被称为撞击冬季的现象。这种全球性的黑暗会使光合作用在数周或数月内急剧减少,从而导致食物链崩溃,特别是构成大多数生态系统基础的海洋浮游生物群落和植物生命。
这段黑暗和寒冷时期之后,很可能由于撞击地点释放的温室气体和全球野火而导致迅速变暖。虽然希克苏鲁伯撞击被认为是灭绝的主要诱因,但一些科学家认为它并不是导致灭绝的唯一因素。大约在同一时期,有强有力的证据表明,现代印度的德干暗色岩发生了广泛的火山活动。
德干暗色岩喷发在较长一段时间内释放了大量的熔岩、二氧化碳和二氧化硫。这些气体可能导致了长期的气候不稳定,包括变暖、海洋酸化和大气毒性,甚至在小行星撞击发生之前就削弱了生态系统。K-Pg边界上的化石记录显示出突然的灭绝,尤其是在海洋物种中。
在陆地上,恐龙完全消失了,许多植物和昆虫类群也消失了。哺乳动物、鸟类、鳄鱼、龟类和一些两栖动物幸存下来,并在之后繁荣起来。这五次物种大灭绝事件彻底改变了我们的星球。除希克苏鲁伯撞击外,这些事件发生在数十万年甚至数百万年的时间里。对于人类来说是漫长的时间跨度,但对于地球的历史来说却是短暂的时期。
而且,尽管这些事件是毁灭性的,但如果它们没有发生,我们今天就不会存在。无处不在的日常节目的执行制片人是查尔斯·丹尼尔。副制片人是奥斯汀·奥克顿和卡梅伦·基弗。我要感谢所有在Patreon上支持节目的朋友。你们的支持使这个播客成为可能。我还想感谢所有活跃在Facebook群组和Discord服务器上的无处不在社区成员。如果你想加入讨论,节目说明中提供了两个链接。
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