劳普天才地利用统计方法研究了地质历史过程中生物物种的变化,因而被古生物学界称为“五大灭绝”(又称五次大灭绝)——奥陶纪-志留纪。大灭绝,晚泥盆世大灭绝,二叠纪-三叠纪大灭绝,三叠纪-侏罗纪大灭绝,以及众所周知的白垩纪-古近纪大灭绝。
这些事件分别毁灭了当时地球上85%、70%、96%、75%和75%的物种,引发了可能改变地球整体面貌的巨大变化。当然,这些数字并不能让我们直观地了解这些灾难发生时的情况。就像现在一样,虽然我们正处于一场巨大的灭绝事件之中,但却无法让我们直观地了解灭亡本身。
所以今天我们不会谈论那些过去的大灭绝事件,例如史诗和传说。今天我们要说的是地质史上一件微不足道的小灭绝事件,——。当然,它虽然没有导致末日灾难,但仍然极其重要,而且事实上,它与我们的关系比任何其他事件都更加密切。灭绝事件。
让我们回到5550万年前,距离上次大规模灭绝事件(白垩纪-古近纪大规模灭绝)大约1000万年。春夏之交,天使吹响长号,燃烧的陨石从天而降,烧毁了世间的一切。天黑了,星星和月亮都消失了。陆地、海洋、天空的统治者已经彻底消失,只剩下废墟等待着追随者慢慢收拾残局。
然而,灾难过后一千万年,世界恢复繁荣:哺乳动物迅速辐射,发展出多种类型;爬行动物仍然统治着许多地方,并继承了中生代的家族产业;射线鳍鱼类开始称霸海洋,与新产生的造礁生物一起构建了浅海生态环境;甚至连孑遗鸟类也占据了广泛的生态位,巨大的凤头恐鸟(Gastornis)在海洋中漫步。地面上的一切,似乎都在追忆我们祖先的辉煌。 —— 万物繁荣,被子植物全面崛起。 —— 在这个新世界中,大型草食性哺乳动物尚未出现。虽然物种很少,但茂密的森林仍然覆盖着地面。大陆上几乎已经没有空地了。
这繁华景象之下,大海之中,突然发生了意外。
时至今日,对于这起事故的原因,仍然存在着不同的说法,但结果我们却非常清楚:一种叫做有孔虫的小东西,在这次事故中迎来了新生代最大规模的灭绝事件。
有孔虫是一种古老的生物,几乎与整个后生动物一样古老。它也是我们每天看到的最常见的化石物种。您甚至可以在家里找到它们。 —— 如果你家使用碳酸盐岩石装饰材料,那么你可以在上面找到这个东西。当然,如果你家里没有,周边大型商场——几乎随处可见。
有孔虫化石常见于装饰材料中。只要仔细观察身边的白色石灰岩,基本就能看到(图片来源:PaulWilliams,《石灰石国度——石灰石、白云石和大理石》,TeAra - 新西兰百科全书,http://www.TeAra.govt.nz/en/照片/12377/石灰石)
当然,不仅是现代人,古埃及的法老们几乎每天都会见到它们,甚至死后还和它们一起睡在自己的洞穴里。这些躺在金字塔石头上的动物化石被称为Nummulites。它们是已知最大的原生生物,由古罗马伟大的地理学家和历史学家斯特拉波首次记录。 —— 当然,金钱迷并没有在这次事故中消失。不幸的是另一大类群:底栖有孔虫。
金字塔上有金钱虫,斯特拉波认为这些都是金字塔建造者扔掉的豆子。 [2]
在此期间,底栖有孔虫的数量急剧下降,所有物种的30%至50%灭绝。与此同时,发生了令人震惊的碳排放事件:据测算,每年大量排放二氧化碳,排放量高达约4亿吨。 —— 如此快速和大量的碳排放很可能持续了整整50,000 年[3]。随着大气中二氧化碳浓度的不断增加,地球的平均温度也升高了5至8摄氏度。这一事件被称为“古新世-始新世热最大值”,简称PETM。
当PETM首次被发现时,由于其突然插入和18O偏移值过大而被视为错误而被丢弃。直到1991年,加州大学圣塔芭芭拉分校的Jim Kennett再次注意到南大洋钻芯中的这种异常同位素变化:在古新世和始新世交界处,13C和18O都出现了异常漂移。 [4]。 18O 的变化对应于温度的急剧升高,而13C 的变化则代表大气中二氧化碳含量的激增。
更有趣的是,除了灭绝之外,有孔虫类群还表现出了更奇怪的反应。 —— 2002年,Deborah Thomas注意到这批钻芯样品中的有孔虫壳仅具有PETM和PETM之前的13C值。缺少中间过渡态[5]。换句话说,当碳排放首次出现时,有孔虫就停止繁殖,或者碳排放速度太快,以至于无法记录在化石中。
如此快速的碳排放很难用普通的火山废气来解决。尽管格陵兰岛的火山活动发生在同一时期,但研究人员怀疑它是否能产生如此迅速和广泛的影响。人们开始将注意力转向另一种重要的碳源,——甲烷气水包合物(甲烷冰)。这个名字可能大家并不熟悉,但它的另一个名字却是十年前家喻户晓的——可燃冰。
由于这些可燃冰中的甲烷是由微生物代谢产生的,它们自然具有更极端的13C负漂移值。同等情况下,甲烷比二氧化碳能引起更明显的碳同位素转变。但即便如此,它也无法解释为什么13C的负偏移几乎稳定地持续了45,000年——,除非涉及额外的碳。
但在哪里可以找到这些额外的碳呢?
福尔摩斯说过:“当你排除了所有的不可能之后,剩下的无论多么不合理,都一定是事实。”科学虽然不能靠排除法来探索真理,但确实是一种极其有用的求道方式。 —— 当人们绞尽脑汁也无法弥补这些多余的碳时,那么这些碳就可能只能来自地球之外了。 —— 2003年,罗格斯大学的丹尼斯·肯特大胆判断,造成PETM的大量碳来自于一颗富饶的星球。碳小行星的影响[6]。
他的证据是在地球表面发现的单畴磁性纳米颗粒,这种纳米颗粒与微生物产生的磁性颗粒不同,只能来自外太空。然而,他的想法并未得到广泛重视。毕竟,小行星在一千万年前才撞击地球一次。看来是太频繁了,没再生产一个吧?
当然,更重要的反驳主要来自于对碳的需求。如果这次事件是由小行星引起的,那么它会贡献数千亿吨的地外碳——,这简直难以想象。然而,如果小行星不是主要的碳源贡献者,而是一个触发过程,那么模型可能会变得非常不同。小行星的撞击会加速地球上甲烷水合物的释放,并引发剧烈的火山活动。它携带的碳还能在短期内迅速增加大气中的碳含量。这一切的结果是明显异常且快速的升温事件。
那么我们有证据吗?第一个证据是间接的,但非常有趣。 2013年,伦斯勒理工大学的詹姆斯·赖特和摩根·夏勒发现了一种极其奇怪的粘土矿床。它表现为极其均匀的条带交错,因此代表周期性沉积事件。根据他们的判断,这种沉积过程是由季节性阳光造成的。如果他们的判断正确,那么这组沉积物将成为PETM事件中最准确的参考文献[7]。
他们测量了粘土中同位素的变化,发现13C的下降速度比之前估计的还要快。短短13年时间,就下降了千分之四,达到——个,这可不是一个小数字。在二叠纪末期大灭绝期间,稳定碳同位素在快速变暖事件中的漂移仅为0.05%,其时间尺度为数十万年。极快的碳排放似乎使小行星撞击成为更合理的驱动因素。
2016年,摩根·夏勒报告了另一个直接证据,即在美国大西洋沿岸发现的、位于PETM边界的撞击玻璃[8]。这是小行星撞击的重要证据,但直到现在,我们仍然无法得出结论,因为最重要的证据————号撞击坑仍然没有任何线索。
但陨石坑并不是最大的谜团。 ——真正的谜团是灭绝。从任何地球化学指标来看,PETM都是一场灾难性的、剧烈的、突然的重大变化,但它并没有引发大规模灭绝。相反,它成为了一个重要的辐射事件。
底栖有孔虫遭受巨大打击,而浮游有孔虫则迅速进化,占领了浅海。鱼类仍然繁盛,甚至在热带地区经历了一个小高峰。昆虫正在迅速扩张,迎来了数量和种类的增长时期。而哺乳动物也迎来了辉煌的黎明:偶蹄类、奇蹄类和灵长类动物在这次事件中暂时出现。甚至可以说,人类就是在这样的高温下诞生的,与之相伴的,还有有史以来最大的蛇,以及最小的马。
最大的蛇,—— Titanoboa,可能超过12m 长。一般认为它的出现与当时的高温环境密不可分。 [9]
看起来一切都很好,除了倒霉的底栖有孔虫。
这并不是一个令人兴奋的巨大变化,但快速的碳排放让我们感到熟悉。 —— PETM可能是地球历史上距离现在最近的气候变化事件。但事实上,有了工业革命的加持,PETM的小行星、火山活动和甲烷水合物相比只能显得相形见绌。 —— 我们面临的是前所未有的碳排放过程,这是像PETM这样的自然附加事故造成的极端事件中的十个。次数一样多。目前人类每年排放的二氧化碳当量约为370亿吨/年。按照这个速度,我们将赶上PETM 150年的碳排放总量。在这种规模下,没有人能够预测接下来会发生什么。
A:显生宙大灭绝事件的次数和海洋生物的灭绝率; B、C:估计的全球灭绝情况。如果碳排放不能得到遏制,我们很可能在短期内遭遇一场堪比过去大规模灭绝损失的灭绝事件。 [10]
“生命会找到出路”—— 我们无法预测几千万年后,当我们挖掘我们这个时代的地层时,我们会发现什么。即使从工业革命算起,人类碳排放量也仅在两百多年来快速增长。在地质历史的尺度上,200年意味着什么?它甚至不足以划出一条清晰的界限并提供一个很小的数据点。
但如果我们确实处于灭绝的前奏,那么我们是否被记录下来就不再重要了。我们的身后,将会有几千年、几万年、几十万年的地层记录着我们所做的一切。它将变成一条缓慢的恢复曲线,恢复的速度将取决于灭绝的强度和完全不可预测的正反馈事件。
从来没有一种生物像今天的人类一样掌握了书写自然的笔,写什么就在于这里的选择。
唯一遗憾的是,序章已经开始,我们永远不能丢笔。