中科院南京地质古生物研究所取得新发现 史上首次生物大灭绝持续仅二十万年

在已知地球历史上，共发生过5次全球性的大规模集群灭绝事件，发生在4亿多年前奥陶纪末的生物大灭绝是其中第一次。这次生物大灭绝持续了多长时间？1月6日，记者从中科院南京地质古生物研究所获悉，一个由中国、澳大利亚、美国等多国古生物学者组成的研究团队新近发现，地球史上首次生物大灭绝事件仅发生在短短20万年之间。相关研究成果已发表在《固体地球科学》上，在学界引起关注。

工作人员在云南省昭通市永善县万和剖面开展野外工作。中科院南京地质古生物研究所供图

 

　　八年探索攻克科学难题

 

奥陶纪末的生物大灭绝重创了海洋生态系统，导致当时85%的海洋生物物种灭绝。科学界普遍认为，此次生物大灭绝与冰川作用有关，但其持续时间、过程和具体发生机制等，一直没有定论。

 

此次，科研团队历时8年探索，在我国华南考察了百余条奥陶系—志留系界线剖面。此次研究的主要组织者之一、中科院南京地质古生物研究所研究员詹仁斌告诉记者，在奥陶纪，如今的华南地区大多数处在深水区，形成了大量黑色页岩，冰川影响的变化并不明显，给研究带来了很大的障碍。

 

但在云南永善县，研究人员发现了一段连续完整的、出露良好的奥陶系—志留系界线剖面。“这段剖面黑色页岩和灰岩相互夹层，地质学上一般认为，黑色页岩在深水中形成，而灰岩则在浅水中才能沉积下来。因此，这个地方记录了当时此地水位深浅的变化，完整保留了首次生物大灭绝期间的化石沉积物记录。”詹仁斌说。

 

更令研究人员欣喜的是，在这段24.3米的夹层剖面内，还保存了23层斑脱岩。詹仁斌介绍，斑脱岩由火山灰沉积而成，包含火山锆石这种特殊矿物，其中的放射性同位素铀会衰变成铅。“通过检测其中的衰变程度，我们就可以推算出具体的时间。”

 

以这些时间为基础，在详细沉积学研究的基础上，研究人员首次结合不同岩性的沉积速率差异，最终发现，奥陶纪末的这次大灭绝，发生在4.431亿年前到4.429亿年前的20万年间。

 

　　冰川作用引发生物灭绝

 

詹仁斌告诉记者，发生在奥陶纪末的这次生物大灭绝的原因和其他时代相比有很大差异。历史上，地球曾经出现过多次大冰期，例如石炭纪冰期、第四纪冰期等，这些时期的冰川规模并不比奥陶纪末的规模小，但均没有出现过生物大灭绝的情况。

 

国际同行研究认为，奥陶纪末的冰期造成的冰盖规模达到1.5亿立方千米，大约是今天地球南极和北极冰盖总和的6倍以上。如此大规模的冰盖导致全球海平面急速下降100-150米，绝大部分海洋生物遭受了“灭顶之灾”，许多门以内的生物类群灭绝并最终被新的类群取代，寒武纪生命大爆发以来的地球生物遭遇了第一次大劫难。

 

“20万年在地质史上不过短短一瞬。但这次大灭绝重创了海洋生态系统，当时85%的海洋生物因为来不及迁移或没办法适应新的生存环境而灭绝，原有的生物群落结构瓦解。”詹仁斌说。

 

同时，詹仁斌认为，像这样的生物大灭绝事件在地球上发生过数次，是自然界发展的规律。“虽然灭绝了一部分生物，但另一批新生物又将重新繁盛。地球上出现过5次大灭绝，每一次大灭绝后生物的繁盛度都远超从前。”

 

　　为研究大灭绝成因和发生机制提供重要依据

 

对于这次大灭绝的过程与机制，一直存在比较大的争议，其中一个重要原因就是，与大灭绝相关的地层层位虽然有比较精确的生物地层控制，但长期以来一直缺乏高精度年代学限定，从而制约了对奥陶纪末生物大灭绝时限和机制的解读。

 

相较其他时代来说，奥陶纪的沉积比较特殊。在奥陶纪时期，有效的火山灰记录十分有限，因此难以划分其中的具体时代，目前为止，国际上较为公认的参考年龄由数学模型计算得来，并非是根据火山灰测量出来的准确数据。

 

此次研究，团队总共测量了23层斑脱岩，最终得出4层有效数据，为奥陶纪具体时代的研究提供了更加准确的数据支撑。

 

同时，此次的测量数据与奥陶纪和志留纪的时间界限非常接近，在野外地层仅相差1米左右的距离，给出了这两个时代界限迄今为止最准确的一个估算值，即距今约442.67±0.24百万年。

 

这一成果，为人类精确研究奥陶纪末生物大灭绝的成因和发生机制提供了重要依据，同时也为相关地质年代的划分提供了新的标尺。　

光明日报记者 郑晋鸣 光明日报通讯员 纪清钊