自35亿年前地球上第一次出现生命时起,曾发生过数次难以想象的巨型灾难,使得生命差点 全部灭绝 。 然而生命还是幸存了下来……直到灾难再次降临?


曾在地球上生活过的物种中,99.9%都已灭绝。先别忙着流泪,这并非一场悲剧,因为虽然老的物种灭绝了,但也有新的物种出现,令生命始终得以继续。正常情况下,物种灭绝的平均节奏是每年百万分之一。

但有时,灭绝的速度会加快:可怕的灾难袭击地球,规模之大,不但威胁某座岛屿或某片海域的生命,而且威胁到地球上所有的生命。历史上曾经发生过五次这样的灾难,每次都使这个星球一半以上的物种惨遭灭绝,或是寒冷的冰期,或是入侵物种泛滥,或是剧烈的火山爆发,或是陨星撞击。

这些物种的大量灭绝却也有好的一面,它们为新物种的出现提供了空间,让地球的面貌焕然一新,也使生命走上新的演化进程。如果没有6500万年前的恐龙灭绝,哺乳动物的演化也就没有机会变得如此多样……你,连同你手上的这本《新发现》,都将不会存在!


一股冰冷的气息

约5亿年前,地球就像一个巨大的度假村。炎热的气候下,温度高达30℃以上的海水淹没了相当一部分陆地,虽然不是很深,但几乎全部生命都身处其间。在那儿有着绵延数千千米的真正意义上的海中丛林。在巨大的珊瑚丛和虫群建起的石灰管间游来游去的,是最早的鱼类和叫做三叶虫的节肢动物。

它们努力摆脱可怕的捕食者——枪乌贼的祖先,后者体长可达数十厘米,在当时可谓真正的怪物!

总而言之,温暖的浅水中滋养着繁荣的生命……接着便是寒潮来袭了:冰盖在数十万年间(对地球来说只不过是眨眼一瞬)从两极向全球蔓延,这便是致使80%海洋物种灭绝的冰期之始。

为什么我们原本火热的星球这么快就调成“冷冻机”模式了呢?当时的太阳没有今天那么热,但大气中大量的二氧化碳弥补了太阳热量的不足。这种气体的作用如同温室的玻璃,使热量透入却阻止其散逸。

吸收热量的山脉

要使冰层出现、物种灭绝,就必须摧毁温室效应,也就是说让二氧化碳消失。究竟是谁做的这好事?科学家提出若干假设,其中之一涉及一段现已消失了很久的山脉。

灾难发生前1500万年,海洋里一派生机勃勃,两个大陆板块就像两辆巨型碰碰车一样撞在了一起。它们相撞后没有倒退,而是继续向前冲去,结果一个板块升到另一个板块之上,并冲出水面,探入空中几千米,在如今北美东海岸一带形成一片连绵起伏的山脉:阿巴拉契亚山脉。

阿巴拉契亚山脉

但这片山脉自诞生起便注定要消失。因为它们由一种非常柔软的火山岩构成,所以很快就遭到风雨的侵蚀。脱落的石子滚成小溪,最后如江河般汇入大海,在海底沉淀下来。

要知道这些含有硅酸盐的石子就是偷走二氧化碳的罪魁祸首,它们被雨水侵蚀后会吸收大气中的二氧化碳!因此山体所遭受的每一点侵蚀都意味着大气中有一部分二氧化碳转移到海底去了,在那里这些气体自然产生不了温室效应。

鉴于阿巴拉契亚山脉的侵蚀速度如此之快——在七八百万年内就被夷为平地,美国地质学家赛斯·杨(Seth Young)估计大气中的二氧化碳有一半都被吸收了。由于当时太阳带来的热量远不足以抵消温室效应急剧减弱的后果,地球开始变冷,冰雪开始在极地形成。这便是灾难的开始。

在南极,形成了一片体积比如今的南极洲还大两倍的冰帽,它的重量压垮了下面的岩石,并使其变形——这些岩石在今日的尼日尔还可以见到。要形成这个体积达6000万立方千米的冰坨子,得需要水,很多水……而这些水来自海洋——数十万年间,海平面下降了80米!

这场灾难对海洋生物造成的打击有两方面:首先,海水温度急剧下降;其次,使海洋生物集中的浅海干涸。对无处可逃的珊瑚丛林以及其中的生物来说,环境变得又冷又干,等待它们的只有死路一条。


物种竞争

如果你穿着潜水服,乘上时光机,回到3.6亿年前泥盆纪末期的海洋中,你绝对感觉不到一场灾难正在那儿徐徐展开:

泥盆纪时期的森林想像图。

你在大片大片的鱼群中穿行,努力躲避着鲨鱼和盾皮鱼(这种带甲的骇人生物体长可达7米)的尖牙,下方则是布满海藻和海绵的巨型礁石。然而,一片生机背后,75%的物种正在你眼皮底下慢慢地消失。

Placodermi

一场没有硝烟的战争

这场看不见的灾难并非一场大规模的物种灭绝,因为物种消失的速度其实比正常速度高不了多少。问题是,2500万年里没有诞生新的物种来代替它们!

虽然没有陨星撞地球来得壮观,但这场灾难的后果却是同样地可怕。假设有两家企业都准备裁员,第一家制定了计划,一下子就解雇了50%的员工,这就是“陨星撞击”式裁员;另一家则决定不再招收新的员工来填补已退休员工的空缺,这就是“泥盆纪末期”式裁员,这种方法随着时间的推移也会取得和第一种相同的结果。

泥盆纪后期灭绝事件(图中”Late D”)有数次灭绝高峰期。

如果想要知道为什么没有新的物种诞生,那就重新穿上潜水服,跳入灾难发生前几百万年时的泥盆纪的海水中去。当时生命分属好几个不同的“生态系统”,由于地理的阻隔而互相隔绝。每一个生态系统中的物种都不相同,也无法和其他系统中的物种接触——至少在它们之间的阻隔消失之前无法接触。

泥盆纪末期,由于地壳运动,所有大陆得以合并,很快形成一块巨大的“盘古大陆”。同时,海平面上涨,之前阻隔各大洋的陆地都被淹没——就好比美洲大陆被淹没,太平洋和大西洋一下子并到了一起。原先栖息于不同陆地和海洋的物种开始比邻而居,而一场争夺领地和食物的残酷竞争也随之拉开帷幕。

比如欧美大陆(Euramerica)的淡水鱼就败给了相邻大陆来的新敌人。但在这个新的唯一的生态系统中,还有着另外一种竞争,更加漫长,也更加阴暗。那便是“特适性”物种和“普适性”物种之间的竞争。前一类物种占多数,只适应它们原来的生态系统,特定的水温、特定甚至单一的食物来源等。后一类物种则可以适应更大范围的生存条件。这两类物种之间的区别从它们的领地争夺战一打响就一目了然。

装备悬殊的战争

对“特适性”物种来说,困难是巨大的,除非它们之中的一部分能在隔离状态下慢慢演化成一个可以适应新环境的新物种,否则将全军覆没。

而“普适性”物种则不需要浪费这么多的时间。鲨鱼、海百合(生存至今的一大类海星),这些物种可以适应的温度范围较广,食物方面也没有什么难题,只要有空间,它们几乎哪儿都能生存,也不需变成新的物种。

Laudonomphalus regularis (陈列于法国里尔的 Natural historical museum), Givetian, Denvonian (海百合总纲)

既然如此,那么想想,在泥盆纪末期的单一生态系统中究竟发生了什么?每当一个物种消失,都在食物链中留下了一个空位,这个位置必然会被某个“普适性”物种占去……“特适性”物种得不到任何缓冲的时间。

于是,2500万年里,少数“普适性”物种击败众多“特适性”物种,新物种的诞生完全停止。这是一场奇特的灾难:这个星球上不缺生命,只是哪儿都是这么几个物种罢了。


巨型火山爆发

地球在历史上,至少曾经有两次困于火山炙热的岩浆之下。首先是2.5亿年前第一批脊椎动物刚刚占领陆地的时候。地球表面变成了贫瘠的荒原,而海洋里的生命很快也所剩无几,比一杯水里的生命多不了多少:90%的海洋生命和70%的陆地生命在短短几千年的时间内就消失殆尽!这可怕的速度给这场灭绝带来了“大末日”的称号。时至今日,在俄罗斯还留有这场灾难的大量印记。

如今的西伯利亚暗色岩(Siberian Traps)是一座座绿意盎然的山峰,令人想起《指环王》里那些田园景色。但这些岩石的成分是玄武岩,一种非常古老的火山岩。

Siberian Traps

2.5亿年前,那块地方简直比魔多还不宜居,遍布火山和可长达100千米的熔岩湖,就好比地球裂开了一处硕大的伤口,沸腾的岩浆像血液一样汩汩涌出。而如此噩梦般的氛围统治了该地区将近100万年之久。

A sample of Siberian Traps basalt (dark) containing native iron

地球上的地狱

“暗色岩与意大利维苏威或是菲律宾皮纳图博这样的爆裂火山不可同日而语。”法国格勒诺布尔约瑟夫·傅里叶大学地质学专家尼古拉·阿恩特(Nicolas Arndt)介绍道,“后一种,即爆裂火山,是由于岩浆库体积相对较小,充满气体后在压力作用下最终在表面喷发。而暗色岩则与地底深处直接相通。”

皮纳图博火山 海拔1,486米(1991年喷发前为1745米)

暗色岩更像是泉眼,岩浆从其中长时间大量涌出。西伯利亚巨型火山的源头位于地下3000千米深处地幔和地核的边界所在。

流出火山口的岩浆总量为600万立方千米,可以将整个法国淹没在1万米深处之下。火山周围约240万平方千米的地区被岩浆浇成了不毛之地。至于地球上其他地区则充斥着毒气,好像一个巨大的桑拿浴室。

酸性水域中的屠杀

据美国斯坦福大学地质学家乔纳森·潘恩(Jonathan Payne)估测,西伯利亚暗色岩总共向大气中释放了13万亿到43万亿吨二氧化碳,差不多是每年人类活动所排放的二氧化碳总量的1万倍。

A member of an expedition group at the edge of a newly formed crater on the Yamal Peninsula in northern Siberia on Nov. 9, 2014. (Vladimir Pushkarev/Russian Centre of Arctic Exploration via Reuters)

还不只如此,尼古拉·阿恩特认为,西伯利亚暗色岩之所以会造成那么多损害,是由于岩浆上升过程中加热岩石所致:“有些沉积岩是之前的生物(植物或贝壳类)堆积而形成的,碳含量高。对它们进行足够的加热就可以将这些碳以二氧化碳的形式直接释放进大气层。”而西伯利亚暗色岩又正好蚀穿了通古斯盆地(世界上最大的沉积盆地)厚达1至8千米充满有机物的沉积层。

这些沉积物经火山加热后,释放出超过100万亿吨的二氧化碳,比火山本身释放的二氧化碳还要多!这么多二氧化碳使得空气和海水的温度急剧上升。海水由于二氧化碳的缘故而酸性增强,海平面也快速上升。而在酸性海水中,珊瑚和贝壳类等“建筑型”生物的防护壳难以保全,它们之中的大部分无法存活。陆地上的炼狱也一样可怕,“大末日”后又过了1000万年才有新的植被产生。然而到了2亿年前,暗色岩的威力再次爆发,引来第二次大灭绝。

这次的暗色岩位于大西洋中。受到此次灭绝影响的有当时统治地球的合弓纲似哺乳爬行动物(mammal-like reptile)和主龙类动物。这些物种的灭绝给当时生活在它们阴影之下的小动物腾出了生存空间,而这些小动物就是最早的恐龙。


来自太空的打击

在墨西哥尤卡坦半岛的希克苏鲁伯,隐藏着一个巨型的大坑。这个大坑已被严重侵蚀,惊人的范围又让人难以凭借肉眼察觉其存在。

雷达的探测呈现出直径180公里的希克苏鲁伯陨石坑边界。影像来源:NASA/JPL-Caltech

但借助卫星探测,地质学家很确定地告诉我们:这个大坑就在那儿,直径近300千米。它并非某个古代的火山口,而是一块巨型陨石留下的痕迹。

希克苏鲁伯陨石坑的重力异常图

这块陨石的直径近10千米,撞击释放的能量约有广岛原子弹的50亿倍。大约6500万年前,这块陨石的坠落使得海洋和陆地上76%的物种走向灭绝,其中包括当时统治地球已达1.4亿年之久的恐龙。

恐龙遭遇灭顶之灾

这是离我们最近的一场大型灭绝,留下的痕迹也最多。但这场灭绝也最为神秘。比如,我们不知道这颗陨石在大灭绝中究竟起着什么样的作用,因为就在同时,印度西部的德干暗色岩也开始爆发(这些暗色岩和西伯利亚暗色岩相比规模还是小了不少)。

但有一件事是肯定的:这两件灾祸结合到一起,后果极为可怕。陨石的撞击毁灭了希克苏鲁伯周围的所有生命。撞击带来的冲击波夷平了方圆1000千米的森林,继而又引发了一系列毁灭性的地震,海啸的冲击席卷了四面八方。

德干暗色岩

如果撞击发生的地点在深海,那激起的海浪高度可高达5000米,足以淹没地球另一端的海岸。由于陨石坠落的地点在深度只有近100米的盆地,因此席卷周围的海浪高度也“只有”50到100米……相比之下,那些因撞击而熔化并被抛入高空的岩滴似乎毫无危险可言。

然而正是这些岩滴造成了最大的危害。因为对恐龙来说极不走运的是,陨石坠落的地方非常特殊:它在穿过一层浅水后,击中一片厚3000米富含石膏的岩石层——石膏含量这么多的岩石层几乎也只有在尤卡坦半岛才有,而石膏成分中一半是硫化物。

这些硫化物一旦在高空中变成粉雾状,便很快在地球周围形成一层云雾,将接收到的阳光全部反射回太空。如果这时从太空中俯视地球,我们的蓝色星球应该就像是被一面明亮的镜子包裹着那样。而在这面镜子之下则是无边的黑夜。至少有1个月,没有任何一束阳光能到达地球表面。

死亡的命运降临到了海藻和植物的头上,因为这些生物需要阳光才能生存。而草食动物由于失去了食物来源,也迎来了末路,接着轮到了肉食动物……陨石撞击最具毁灭性的后果不是那巨大的冲击力,而是它能将所有食物链的基础——光合作用——完全切断。当太阳在地球上重新升起时,有一些物种存活了下来。比如我们的祖先哺乳动物,以及部分恐龙。

这部分恐龙又继续生存了几百年甚至几千年才最终灭绝,但一直没有从那段漫长的黑夜中恢复过来。长夜过后又是半个世纪的寒冬,那是硫化物彻底从大气中消散所需的时间。

撰文 Jérôme Blanchart

编译 邹沁

来源:知乎 www.zhihu.com

作者:新发现

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