中科院南京地質(zhì)古生物研究所取得新發(fā)現(xiàn) 史上首次生物大滅絕持續(xù)僅二十萬年

在已知地球歷史上，共發(fā)生過5次全球性的大規(guī)模集群滅絕事件，發(fā)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(xù)了多長時間？1月6日，記者從中科院南京地質(zhì)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(xué)者組成的研究團隊新近發(fā)現(xiàn)，地球史上首次生物大滅絕事件僅發(fā)生在短短20萬年之間。相關(guān)研究成果已發(fā)表在《固體地球科學(xué)》上，在學(xué)界引起關(guān)注。

工作人員在云南省昭通市永善縣萬和剖面開展野外工作。中科院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

 

　　八年探索攻克科學(xué)難題

 

奧陶紀末的生物大滅絕重創(chuàng)了海洋生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致當(dāng)時85%的海洋生物物種滅絕。科學(xué)界普遍認為，此次生物大滅絕與冰川作用有關(guān)，但其持續(xù)時間、過程和具體發(fā)生機制等，一直沒有定論。

 

此次，科研團隊歷時8年探索，在我國華南考察了百余條奧陶系—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(zhì)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(qū)大多數(shù)處在深水區(qū)，形成了大量黑色頁巖，冰川影響的變化并不明顯，給研究帶來了很大的障礙。

 

但在云南永善縣，研究人員發(fā)現(xiàn)了一段連續(xù)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?guī)r相互夾層，地質(zhì)學(xué)上一般認為，黑色頁巖在深水中形成，而灰?guī)r則在淺水中才能沉積下來。因此，這個地方記錄了當(dāng)時此地水位深淺的變化，完整保留了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(nèi)，還保存了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(chǔ)，在詳細沉積學(xué)研究的基礎(chǔ)上，研究人員首次結(jié)合不同巖性的沉積速率差異，最終發(fā)現(xiàn)，奧陶紀末的這次大滅絕，發(fā)生在4.431億年前到4.429億年前的20萬年間。

 

　　冰川作用引發(fā)生物滅絕

 

詹仁斌告訴記者，發(fā)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(jīng)出現(xiàn)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(guī)模并不比奧陶紀末的規(guī)模小，但均沒有出現(xiàn)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(guī)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(guī)模的冰蓋導(dǎo)致全球海平面急速下降100-150米，絕大部分海洋生物遭受了“滅頂之災(zāi)”，許多門以內(nèi)的生物類群滅絕并最終被新的類群取代，寒武紀生命大爆發(fā)以來的地球生物遭遇了第一次大劫難。

 

“20萬年在地質(zhì)史上不過短短一瞬。但這次大滅絕重創(chuàng)了海洋生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)時85%的海洋生物因為來不及遷移或沒辦法適應(yīng)新的生存環(huán)境而滅絕，原有的生物群落結(jié)構(gòu)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(fā)生過數(shù)次，是自然界發(fā)展的規(guī)律。“雖然滅絕了一部分生物，但另一批新生物又將重新繁盛。地球上出現(xiàn)過5次大滅絕，每一次大滅絕后生物的繁盛度都遠超從前。”

 

　　為研究大滅絕成因和發(fā)生機制提供重要依據(jù)

 

對于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(guān)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(xué)限定，從而制約了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(shù)學(xué)模型計算得來，并非是根據(jù)火山灰測量出來的準確數(shù)據(jù)。

 

此次研究，團隊總共測量了23層斑脫巖，最終得出4層有效數(shù)據(jù)，為奧陶紀具體時代的研究提供了更加準確的數(shù)據(jù)支撐。

 

同時，此次的測量數(shù)據(jù)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，給出了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(fā)生機制提供了重要依據(jù)，同時也為相關(guān)地質(zhì)年代的劃分提供了新的標尺。　

光明日報記者 鄭晉鳴 光明日報通訊員 紀清釗