科研人員在云南永善縣的奧陶系—志留系界線剖面考察。中科院南京地質(zhì)古生物研究所供圖

進入顯生宙以來，地球一共發(fā)生過5次全球性大規(guī)模集群滅絕事件。其中，發(fā)生在4億多年前奧陶紀末的第一次生物大滅絕，其持續(xù)時間、過程和具體發(fā)生機制一直存在爭論。

科技日報記者6日從中科院南京地質(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者組成的研究團隊，揭開了這層神秘面紗。

他們發(fā)現(xiàn)，這次生物大滅絕事件，僅發(fā)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(fā)生機制提供了重要線索。相關(guān)研究成果已于近日發(fā)表在國際期刊《固體地球科學》上。

冰川導(dǎo)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(xiàn)今1/3的陸地被淺海覆蓋，海平面比現(xiàn)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(fā)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(xiàn)，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(xiàn)，導(dǎo)致了生物大滅絕，其滅絕規(guī)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(fā)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(jù)，而后面也發(fā)生過幾次大冰期，也沒有引發(fā)大規(guī)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(zāi)。“淺海生物對生活環(huán)境的要求相對較高，所以一旦環(huán)境發(fā)生突變，它們就難以適應(yīng)，導(dǎo)致死亡。”詹仁斌說，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(chuàng)了海洋生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致當時85%的海洋生物物種滅絕。科學界普遍認為，導(dǎo)致這場災(zāi)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(shù)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(nèi)，發(fā)生了這次大滅絕。

此次，中科院南京地質(zhì)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(jīng)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(fā)現(xiàn)一個連續(xù)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(fā)現(xiàn)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?guī)r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?guī)r在相對較淺的環(huán)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(fā)生了多次規(guī)律性變化，環(huán)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(zhì)年齡。課題組在剖面中發(fā)現(xiàn)了23層火山灰沉積，并在其中分析出大量鋯石，經(jīng)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(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，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(nèi)，奧陶紀末生物大滅絕發(fā)生的速率要比原先想象的要快得多。“這一時期形成了大規(guī)模冰蓋，總規(guī)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(zhì)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(yīng)新環(huán)境，最終對海洋生物造成了致命打擊。(實習生 季天宇 記者 張 曄)