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地球史上首次生物大滅絕事件僅發生在短短20萬年之間

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地球史上首次生物大滅絕事件僅發生在短短20萬年之間


工作人員在云南省昭通市永善縣萬和剖面開展野外工作 。中科院南京地質古生物研究所供圖
（）據光明日報（采訪人員 鄭晉鳴 通訊員 紀清釗）：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了多長時間？1月6日，采訪人員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，在學界引起關注 。
八年探索攻克科學難題
奧陶紀末的生物大滅絕重創了海洋生態系統，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、中科院南京地質古生物研究所研究員詹仁斌告訴采訪人員，在奧陶紀，如今的華南地區大多數處在深水區，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 ， 研究人員發現了一段連續完整的、出露良好的奧陶系—志留系界線剖面 ?！斑@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，這個地方記錄了當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，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 ?！巴ㄟ^檢測其中的衰變程度，我們就可以推算出具體的時間 ?！?br>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
詹仁斌告訴采訪人員，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并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了“滅頂之災”，許多門以內的生物類群滅絕并最終被新的類群取代，寒武紀生命大爆發以來的地球生物遭遇了第一次大劫難 。
“20萬年在地質史上不過短短一瞬 。但這次大滅絕重創了海洋生態系統，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 ?！闭踩时笳f 。
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 ?！半m然滅絕了一部分生物 ， 但另一批新生物又將重新繁盛 。地球上出現過5次大滅絕，每一次大滅絕后生物的繁盛度都遠超從前 ?！?br>為研究大滅絕成因和發生機制提供重要依據
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學模型計算得來，并非是根據火山灰測量出來的準確數據 。
此次研究，團隊總共測量了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了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生機制提供了重要依據，同時也為相關地質年代的劃分提供了新的標尺 。（光明日報南京1月6日電）
《光明日報》（2020年01月07日 04版）
相關報道：《固體地球科學》：奧陶紀末生物大滅絕持續時間僅20萬年
（）據科技日報（實習生 季天宇 采訪人員 張曄）：進入顯生宙以來，地球一共發生過5次全球性大規模集群滅絕事件 。其中 ， 發生在4億多年前奧陶紀末的第一次生物大滅絕，其持續時間、過程和具體發生機制一直存在爭論 。
科技日報采訪人員6日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 ， 揭開了這層神秘面紗 。
他們發現，這次生物大滅絕事件，僅發生在短短20萬年之間 。這一成果，為人類精確研究大滅絕的成因和發生機制提供了重要線索 。相關研究成果已于近日發表在國際期刊《固體地球科學》上 。
冰川導致奧陶紀末生物大滅絕
奧陶紀是古生代的第二個紀，氣候溫和，淺海分布廣泛，現今1/3的陸地被淺海覆蓋，海平面比現在高出400米，是地球歷史海侵最嚴重的時代 。這一時期，海生生物空前發展，腕足動物、三葉蟲、珊瑚、筆石等迅速演化 ， 原始的脊椎動物開始出現，陸地上除了很低等的植物，沒有任何動物生存 。
4.49億年前，地球進入奧陶紀晚期，正當所有生物悠哉生活的時候，顯生宙第一次大冰期的出現，導致了生物大滅絕，其滅絕規模位居第二，僅次于2.5億年前的二疊紀末生物大滅絕 。
“奧陶紀晚期的冰期和生物大滅絕交織在一起 。雖然奧陶紀后發生過多次大滅絕，但這些大滅絕事件都沒有明顯的冰期證據 ， 而后面也發生過幾次大冰期，也沒有引發大規模滅絕 。”此項研究主要組織者之一、中科院南京古生物研究所研究員詹仁斌認為，奧陶紀末生物大滅絕非常獨特 。
當時的海洋生物遭遇了滅頂之災 ?！皽\海生物對生活環境的要求相對較高 ， 所以一旦環境發生突變，它們就難以適應 ， 導致死亡 ?！闭踩时笳f，像珊瑚、腕足動物、三葉蟲等生物門類的多個類群幾乎全軍覆滅，這次大滅絕重創了海洋生態系統，導致當時85%的海洋生物物種滅絕 ?？茖W界普遍認為，導致這場災難的罪魁禍首就是晚奧陶世的冰川事件 。
滅絕速度比想象的要快很多
以往的定年技術不夠，科學家們僅從化石著手研究，比較公認的說法是，在奧陶紀末的100萬年以內，發生了這次大滅絕 。
此次，中科院南京地質古生物研究所、廣州地球化學研究所、澳大利亞國立大學以及美國加州大學伯克利分?？茖W家組成的研究團隊，經過近8年努力，在我國華南考察了百余條奧陶系—志留系界線剖面，最終在我國云南永善縣發現一個連續完整的奧陶系—志留系界線剖面 。這段地層完整保留了首次生物大滅絕期間的化石沉積物記錄 ， 研究人員對其中保存的化石進行研究，并對巖層進行精確定年 。
“云南永善縣發現的剖面比較特殊，近25米厚的剖面里高度凝縮了不同巖性的巖層 。這些巖層主要由頁巖和石灰巖組成，頁巖主要是深水和較深水的沉積物，保存了筆石等生活在水體表層的漂浮生物；石灰巖在相對較淺的環境下形成，帶殼的底棲生物曾在此大量繁育 。”詹仁斌認為，這兩種巖石交替堆砌，意味著當時的海水深度發生了多次規律性變化，環境動蕩 。
有火山活動的地方往往就會有火山灰 ， 火山灰中的鋯石可用以測量地質年齡 。課題組在剖面中發現了23層火山灰沉積，并在其中分析出大量鋯石，經過嚴格篩選后測得其中四層火山灰的精確年齡 。再利用國際通行的方法進行測算，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，將原本以為100萬年的大滅絕時間間隔壓縮至短短20萬年 。
從100萬年壓縮到20萬年以內，奧陶紀末生物大滅絕發生的速率要比原先想象的要快得多 ?！斑@一時期形成了大規模冰蓋，總規模達到1.5億立方千米，是今天地球南極和北極冰蓋總和的6倍以上 。”詹仁斌說 。
20萬年，與人類的文明史相比是相當長的一段時間 ， 但從地質歷史角度來看不過短短一瞬 。當時，全球海平面急速下降100至150米 ， 氣溫下降6—8攝氏度，一系列的快速變化讓海洋生物來不及適應新環境 ， 最終對海洋生物造成了致命打擊 。