生物滅絕的真兇

呂　靜

為什么歷史上發生的一些小行星撞擊地球事件或大規?；鹕奖l事件引起了大規模的物種滅絕，而其他類似事件卻幾乎沒有留下任何化石記錄的遺跡呢？

當從地球上空鳥瞰曼尼古根隕石坑，你將會為大自然的鬼斧神工震驚。這是一個直徑75公里的圓湖，也被稱為魁北克之眼。當年，一個直徑大約5公里的小行星擊中加拿大北部，砸出了一個巨大的隕石坑。最初的時候，這個隕石坑直徑達100公里，以后逐漸縮小形成了一個湖。

曼尼古根隕石坑是地球上第五大撞擊隕石坑，比直徑170公里位于墨西哥尤卡坦的奇科蘇盧布隕石坑小不了多少。人們認為，奇科蘇盧布這場撞擊結束了6500年前的恐龍統治時代。很多研究人員都將生物大滅絕歸咎于“核冬季”，即由撞擊所產生的粉塵和含硫酸煙霧的環境。

但是很明顯的是，曼尼古根地區也受到了撞擊，按理說也應該有類似的撞擊反應。

很長一段時間，人們都將大滅絕歸罪于2億年前標志著三疊紀末期的一場災難。但是，1992年的一項研究產生了驚人的結論，認為曼尼古根隕石坑有2.14億年的歷史，這個推論的時間如此久遠，以致于人們認為曼尼古根撞擊可能是大滅絕的疑兇。

令人驚異的是，現在從化石記錄看來，這次撞擊并沒有造成明顯的生物大滅絕。賓夕法尼亞州大學的地質學家麥克爾?阿瑟說：“這次撞擊可能與奇科蘇盧布撞擊的程度一樣大，但是，這次大撞擊竟幾乎沒有留下一點兒氣候或生物反應的回音。”

曼尼古根并不是惟一的困惑。大約3500萬年前，一顆巨大的小行星隕落在西伯利亞，形成了一個直徑100公里的波皮蓋隕石坑。此坑同樣也沒有對生物產生明顯的長期效應。

“甲烷嗝”才是真兇？

當考慮到人稱洪流玄武巖噴發的大火山爆發事件時，這一奧秘就愈加深入了。2.5億年前，一場巨大的火山噴發覆蓋了廣大的西伯利亞區域，玄武巖的厚度達到了6公里。這次撞擊造成了被認為是史上最大的一次生物物種大滅絕，它標志著二疊紀時期的結束。熔巖釋放的大量二氧化碳觸發全球變暖，進一步導致物種大滅絕。

但是，與另一場1.2億年前發生在西太平洋的洪流玄武巖噴發比起來，西伯利亞事件就不能算大了，西太平洋噴發產生的熔巖量幾乎是西伯利亞事件的10倍。這是史上已知的最大洪流玄武巖的噴發，按理說它應該比西伯利亞的巖漿向大海釋放出更多的二氧化碳。但實際上這次噴發卻只造成了較少的海洋物種滅絕。

所以，為什么一些小行星撞擊和洪流玄武巖噴發會毀滅地球生物，而另一些撞擊和噴發卻沒有帶來多大改變呢？一些研究人員認為，答案就在方位上：真正產生作用的是那些被隕星蒸發或大火山爆發烘烤的巖石成分。

科學家最早獲得的一些線索來自于5500萬年以前的古新世-始新世最熱事件，這個事件引起了較小規模海洋物種滅絕。那時的地球氣溫比現在高5℃，隨后幾千年，氣溫又升高了6℃～8℃，當時北極海表面的溫度曾一度達到23℃。

很多深海的物種消失了，可能是因為海洋極度缺氧。溫暖的水不僅含氧較少，還能減緩海洋環流，削弱對海洋深處的氧氣供應。所以，這是一個海洋缺氧事件。

碳同位素檢測顯示，氣候突然變暖是由于釋放到大氣中的大量化石碳引起的。但這些碳是從哪里來的呢？一個懷疑對象就是埋藏在大陸架冰下、對溫度變化特別敏感的甲烷冰。如果深埋在地下的水被快速加熱到1℃～2℃，水合物將釋放出數十億噸甲烷，甲烷是一種強有力的溫室氣體。打出這樣的“甲烷嗝”將會使得全球變暖。

接下來的問題是，到底是什么最先觸發了地球的“甲烷嗝”？一個想法認為輕微的變暖可使甲烷嗝自發產生；另外一個主張認為應歸咎于撞擊。

找到證據

挪威奧斯陸大學的亨里克?斯文森小組長期研究石油和天然氣儲量豐富的挪威海，那里的海床屬于被稱為北大西洋火成巖的巨大熔巖區域，是5500萬年前由北大西洋猛烈的火山噴口形成的。

斯文森發現，來自巨大洪流玄武巖噴發的熔巖在上百個地方找到了進入含碳豐富的泥巖之路，這些巖床會加熱泥巖，將其間的碳轉變為甲烷。甲烷在海床下的深處聚集增多，到最后會向上爆炸，形成海底熱泉噴口(他找到了735個這樣的噴口)。爆炸的規模和力量將會把更多的甲烷送到海平面。

更為精確的巖石年代測定支持斯文森的理論。如果斯文森是正確的，在古新世-始新世最熱事件期間，溫度升高與隨后生物滅絕的真正原因就是大量化石碳突然釋放進入大氣。

接下去，斯文森前往南非研究有著1.83億年歷史的卡魯-法拉大火成巖。這一火山爆發使得海洋生物滅絕，也可能是由于一起類似引起古新世-始新世最熱事件的海洋缺氧事件造成的。

卡魯的熔巖被迫流入古代岡瓦納大陸廣大的地下煤礦和油頁巖的沉積層，人們現已在南非、南極洲、阿根廷和塔斯馬尼亞島的一些地區發現了這些熔巖的殘跡。在卡魯沙漠，斯文森發現了與挪威海零星分布的海底噴口很相似的管樣結構，這些開口呈幾近完美的圓形，直徑達150米。當地人為了獲得地下水，曾把鉆頭鉆到開口的1公里深處。這樣，使得斯文森得以窺探到開口內部更多的結構。

斯文森認為，在這里侵入的熔巖也烘烤煤炭與含碳豐富的頁巖，超過20萬年的氣體累積起來，最終發生了爆炸，氣體被釋放到地表，形成了成千的管樣結構。這種管子中塞滿了被烘烤過的黑色頁巖。

據斯文森計算，地下巖漿中可能會含有多達274000億噸的碳，不過，這些碳很少有可能進入大氣。今天的人類活動每年產生的碳量約為130億噸。

牛津大學的地質學家斯特芬?海塞伯說：“很久以來，人們就注意到大火成巖和大的環境改變是同時出現的?！敝皇沁^去人們沒有把這兩件事聯系起來。海塞伯一直在研究2億年前標志著三疊紀-侏羅紀分界線的大滅絕，在這個階段，地球上50%～80%的物種消失了，這個過程與形成“中央大西洋巖漿區”的岡瓦納超大陸上的洪流玄武巖噴發相符合。愛爾蘭都柏林大學學院的杰尼弗?麥克埃文的研究顯示，那個時期大氣中二氧化碳的水平從60ppm上升到了2100ppm。

從大滅絕推論

與此同時，斯文森也把注意力投向大滅絕前最大的火山持續噴發——“西伯利亞陷阱”，當時95%海洋生物物種和2/3陸地生物物種消失。研究人員認為，當海洋熱到一定程度，就足以觸發甲烷嗝，從而使得大氣更暖。通過對某一年代的化石殘跡進行分析，得知當時大氣中二氧化碳的濃度可能高達8000ppm，而今天大氣中的二氧化碳濃度只有380ppm。

長期以來，二疊紀大滅絕的主要疑兇一直是形成“西伯利亞陷阱”的熔巖所釋放的碳。但是，斯文森小組并沒有觀察這些熔巖，而是研究其周圍的巖石，他們發現除了含碳豐富的泥巖和煤礦外，還有一些是他們以前從沒有注意的，這就是石膏、巖鹽和其他礦物質所組成的厚度達2公里的巖層。

食鹽中還有豐富的氯，氯能與甲烷結合形成破壞性臭氧層的氣體甲基氯，如果在大噴發期間有足夠的甲基氯逃逸到大氣中，那么紫外線輻射水平就會增加，也會加劇物種試圖應對這種變化而導致的改變。

當然，斯文森還需要一個“煙槍”，即噴發管道。結果，在去年的回程中，他發現了那些管道。正像卡魯的一樣，西伯利亞的管道中含有烘烤的煤礦和頁巖，區別是這些管子特別巨大，直徑達1.5公里，頭露在700米深的古代隕石坑中，根扎在4公里深的巖床中。斯文森已經在西伯利亞發現了數百個這種管子。管道數量之多，令斯文森難以計算。

氣體的大量傾泄有助于將西伯利亞噴發轉變為迄今最大的殺手。相比之下，更大的翁通-爪哇火山爆發發生在一個熔巖不會遇到碳或含氯豐富巖石的區域中，這可能可以解釋它為什么危害較小。

小行星和彗星可能也需要撞擊到含碳豐富的目標才能摧毀地球生物圈造成浩劫。曼尼古根的小行星落到了古代片麻巖上，這種巖石含碳很少。波皮蓋的撞擊與之類似。而奇科蘇盧布隕石坑處在大陸架厚厚的石灰石上，那里有含碳豐富的沉積物和鹽沉淀物，蒸發這些巖石將會把大量的碳和二氧化硫送入大氣。開始的時候應該是引發了酸雨，冷卻后是長時間的氣候變暖，這也許可以解釋這個時期包括恐龍在內的大約半數地球物種的死亡。

與其他大滅絕的假說相比，斯文森的主張有一個過人之處：他們正在研究當大量化石碳突然進入大氣時，地球生命會發生什么改變。也許再過一兩個世紀，人們可以欣然回首查看今天這些大規模實驗的初級成果。