二疊紀(jì)末陸地生物大滅絕臭氧層空洞竟然是“兇手”

馮偉民

二疊紀(jì)末生物大滅絕是顯生宙五次生物大滅絕中規(guī)模和影響最大、最為慘烈的滅絕事件。歷時(shí)近3億年的古生代生態(tài)體系遭遇了根本性的顛覆，約81%的海洋物種和89%的陸地物種滅絕了。其中，三葉蟲、四射珊瑚、床板珊瑚和？類有孔蟲完全滅絕，其他動(dòng)植物絕大多數(shù)也退出了演化歷史舞臺(tái)。

對(duì)于此次生物大滅絕的原因，研究者大多指向西伯利亞大規(guī)模火山噴發(fā)這個(gè)“兇手”。但在過往研究中，科學(xué)家對(duì)于海洋生物滅絕探討較多，而對(duì)于陸地生物滅絕的原因及證據(jù)研究卻比較少。

近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究人員與國外學(xué)者組成的團(tuán)隊(duì)通過研究發(fā)現(xiàn)，臭氧層的破壞使紫外線輻射增強(qiáng)，成為導(dǎo)致二疊紀(jì)末陸地生物大滅絕的“兇手”。

1、“保護(hù)傘”分量雖少，但正好適宜生物生存

臭氧層是23億年前第一次大氧化事件的產(chǎn)物。當(dāng)?shù)厍驈臒o氧環(huán)境變?yōu)橛醒醐h(huán)境，伴隨著大氣中的氧氣不斷增多，氧氣與紫外線發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氧分子被分解為兩個(gè)氧原子，孤立的氧原子與其他氧分子相結(jié)合形成了O3，即臭氧。臭氧吸收紫外線，被分解為氧分子和氧原子，產(chǎn)生更多臭氧，于是形成了臭氧層。

作為地球生命的“保護(hù)傘”，臭氧層吸收了對(duì)生命有害的太陽紫外線，免除了對(duì)生物來說最重要的DNA的破壞。在紫外線三種類型中，最具破壞力的短波長紫外線和中波長紫外線能量巨大，能夠到達(dá)生物的細(xì)胞內(nèi)部，破壞DNA。因此，臭氧層就像是保護(hù)地球生物的重要“宇航服”，其分量雖極少，只占大氣總量的百萬分之一，卻不多不少，正好適宜生物生存。

臭氧層形成這種微妙平衡的過程，可以說是近乎奇跡。但是，如果臭氧層出現(xiàn)空洞或稀薄，將使地球生命面臨災(zāi)難性的后果。

2、花粉粒中“防曬霜”含量出現(xiàn)異常變化

生物為了適應(yīng)環(huán)境，總會(huì)激發(fā)自身的潛力，演化出一些調(diào)控機(jī)制，以減少環(huán)境巨變對(duì)自身帶來的傷害。例如，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在植物的孢子和花粉的外壁中含有大量香豆酸和阿魏酸化合物，其功能與“防曬霜”十分相似。植物體的生殖細(xì)胞就利用這些化合物，通過形成共振穩(wěn)定的酚自由基，抵抗紫外線引起的氧化作用，從而保護(hù)脆弱的孢子和花粉，保障陸生植物的傳播和繁衍。

專家通過分析我國西藏南部陸相二疊—三疊紀(jì)過渡剖面中的一些畸形孢子和花粉，推測(cè)出這些畸形孢子和花粉，是由于西伯利亞大火成巖省噴出的鹵族元素造成全球臭氧層破壞，誘發(fā)紫外線輻射增加引起的。

另外，植物體為了抵御紫外線對(duì)葉肉細(xì)胞的破壞，還會(huì)在其葉片中大量合成葉黃素、香豆酸和阿魏酸等，這就勢(shì)必相應(yīng)減少了葉綠素的合成，從而降低植物體光合作用，減弱植物體對(duì)于溫室氣體吸收能力，最終加重二疊紀(jì)末期火山噴發(fā)引起的全球溫室氣體。

同時(shí)，葉肉中的葉黃素、香豆酸和阿魏酸等化合物的營養(yǎng)價(jià)值較低，大大影響了食草動(dòng)物以及昆蟲的消化，所以紫外線輻射的增加，間接影響了陸地食物鏈，這可能是導(dǎo)致二疊紀(jì)末陸地食草動(dòng)物，以及昆蟲大滅絕的重要原因。

3、臭氧層空洞不容忽視

今天的地球，臭氧層的狀態(tài)同樣令人揪心。科學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，臭氧層的盈縮變化一直處在波動(dòng)中。就在上世紀(jì)下半葉，南極上空的臭氧層空洞面積不斷擴(kuò)大，曾經(jīng)一度達(dá)到了2500萬平方公里。其罪魁禍?zhǔn)拙褪侨祟愔圃斓姆骸２贿^，最近幾年在全球人類的共同努力下，減少了氟利昂的排放，南極上空的臭氧層空洞正在慢慢愈合。

但美國國家航空航天局發(fā)現(xiàn)，在北極的上空又出現(xiàn)了一個(gè)面積相當(dāng)于澳大利亞的巨大臭氧層空洞。而北極出現(xiàn)臭氧層空洞所引發(fā)的問題更加危險(xiǎn)，因?yàn)槭澜缟洗蟛糠值娜丝诙忌钤诒卑肭颉?020年春，北極上空的臭氧層空洞一度擴(kuò)大，損失的臭氧含量達(dá)到2011年以來的最大值，其原因則與當(dāng)時(shí)出現(xiàn)了一股強(qiáng)大的平流層極地渦旋有關(guān)，聚集在渦旋中的鹵族元素促進(jìn)了臭氧的分解，導(dǎo)致了臭氧層出現(xiàn)空洞。

顯然，臭氧層破壞的原因比較復(fù)雜，包括人類和自然等因素。幸運(yùn)的是，今年初，聯(lián)合國專家小組發(fā)布報(bào)告稱：“臭氧層正在穩(wěn)步恢復(fù)”。但是，當(dāng)我們審視地球歷史上臭氧層破壞造成生物數(shù)次大滅絕的教訓(xùn)時(shí)，就應(yīng)認(rèn)識(shí)到，人類對(duì)于臭氧層的保護(hù)不能存在一絲一毫的僥幸。

保護(hù)臭氧層不僅有助于防護(hù)紫外線，還有利于應(yīng)對(duì)全球變暖，但臭氧層這頂?shù)厍蛏锏摹氨Ｗo(hù)傘”其實(shí)非常脆弱，人類決不能忽視臭氧層空洞問題，否則類似地球歷史上的生物大滅絕將會(huì)再次降臨。