2.52亿年前，地球上超过90%的动植物灭绝。这场生物大灭绝虽然不如恐龙灭绝那么著名，但成因仍然扑朔迷离。图片来源：usra.edu

 

　　（文/Colin Barras）距今2.55亿年前，我们的古生代地球以茂盛翠绿的森林而闻名，森林中都是高达30米的现代苔藓和麻黄类植物的近亲。长达2.5米的巨型千足虫散布地面，翅展达0.7米的类蜻蜓昆虫掠过天空，海洋中更是蜂拥着长达2米的类蝎子生物和长达10米、甚至更长的肉食鱼类。

 

　　大约在2.52亿年前，地球经历了史上最严重的一次生物灭绝事件。6500万年前终结恐龙时代的灭绝事件，虽然一直占据着头版头条，但它仅仅消灭了3/4的动植物种类，而“大灭绝”（Great Dying，又被称为二叠纪末灭绝事件）却终结了超过90%的生物种类。就连昆虫都遭受到重创，这个坚强的族群往常是可以平安渡过灭绝事件的。在“大灭绝”发生后贫瘠的土地上，微生物抓住了再次主宰地球的机遇，就像最初动植物出现之前那样。复杂生物体花了1000万年才又夺回了地球的控制权。

 

　　但究竟是什么引发了“大灭绝”？是决定恐龙命运那样的外星撞击？是火山喷发或构造动乱？还是简单微生物的复仇？现在，在长长的一串“被告”和“罪犯”后面，我们可以再加上另一个备受争议的条目——液压破碎（fracking）。

 

　　液压破碎法最近成了头条，它是一种击碎岩石来提取碳氢水合物捕虏体以用作燃料的技术。而一项最新理论揭示，超大尺度的自然“液压破碎”引起了“大灭绝”。不仅是“大灭绝”，它也可能是恐龙在白垩纪末期消失得如此迅速的原因之一。

 

　　24年前，我们以为自己已经掌握了那起并不著名的大灭绝事件的诱发原因。全球范围内，那一时期的岩层均含有异常高浓度的铱。铱是一种在地球极其稀有，而在外太空广泛存在的稀有金属。这些岩层通常还含有一种只有经过极高压撞击才能形成的非正常的石英形态（柯石英）。这与外太空岩体撞击地球的观点相符，它向外扩散撞击冲击波，向大气挥散尘屑。这些尘屑形成了“冲击冬天”，遮蔽阳光长达数年，使植物无法进行光合作用而饿死，以植物为食的动物也相继饿死。

 

 

　　来自外太空的小行星撞击，一度成为解释地球上生物大灭绝事件的热门候选者。图片来源：《新科学家》

 

　　撞击科学

 

　　1991年墨西哥湾巨型希克苏鲁伯撞击坑（Chicxulub crater）的发现，是一起决定性的事件。这个撞击坑的形成年代为6500万年前，直径为180千米（参见《地质》杂志，第19卷，867页）。所有人都被吸引了，地质学家也不例外。这一发现符合“大灭绝事件是由特殊环境引发的罕见事件”的观点。美国西雅图华盛顿大学的古生物学家彼得·沃德（Peter Ward）说：“从1990到2000年，灭绝事件的模型总是与天地大冲撞有关。”他形容自己当时也是完全的信服者。

 

　　因此，地质学家竞相寻找铱异常与柯石英，来与其他灭绝事件匹配。在澳大利亚和南极洲二叠纪末的岩石中，确实发现了一些线索，但铱异常浓度未达到令人信服的程度，只是恐龙消失时的1/10。不仅如此，在二叠纪末灭绝的时候，不但不是“冲击冬天”，反而是“温室夏天”。英国普利茅斯大学的理查德·特威切特（Richard Twitchett）说：“灭绝事件之前的温度与现今差不多，但早三叠世却是个温室世界。”他说，灭绝事件的高峰出现在地球温度迅速上升之际，大约升温了8到10℃。

 

　　这跟恐龙灭绝时的样板根本就不一样。正因为如此，沃德和其他研究者开始倾向于寻求非传统的解释。过去20年间地质定年技术的改善确证，二叠纪末灭绝事件与一次大型火山喷发事件在时间上一致。这次火山喷发使现今西伯利亚250万平方千米的土地被岩浆覆盖。而在地下，“玄武岩省”可能覆盖了至少两倍这么大的面积。

 

　　沃德说：“正是玄武岩省使事情一发不可收拾。”随着火山喷出岩浆，大量的二氧化碳也被释放进入大气中，可能足够引起灾难性的全球变暖，甚至可能引起能够延续到现在的后期效果。

 

 

西伯利亚玄武岩省是约2.5亿年前一系列动荡的火山作用的证据。图片来源：《新科学家》

 

　　错误的数字

 

　　或许也不是这样。在英国利兹大学研究“大灭绝”的保罗·威格纳尔（Paul Wignall）说：“数字仍然不对。”尽管西伯利亚火山规模非常大，释放了大约 2万亿吨的二氧化碳进入大气，比我们现在每年释放的30亿吨要多得多，但仍只能满足引起2.52亿年前温度巨幅增加所需气体量的1/5。再说了，玄武岩省经历了千百万年才能形成，而化石证据表明灭绝事件速度要快得多，大约介于1万到6万年之间。

 

　　这正是珀斯西澳大利亚大学的地质学家埃里克·托维尔（Eric Tohver）仍坚持小行星撞击观点的原因。但如果那时没有大型撞击证据，那么好吧，肯定会有一个稍小一点的吧。

 

　　托维尔与他的同事一直在研究巴西中部阿拉瓜伊尼亚撞击坑（Araguainha crater）的撞击结构。想要为这样的撞击坑定年并不容易，但他们将它的形成年代定为2.547亿年前，前后差不过250万年。托维尔说：“我们可以肯定，它发生二叠纪末。”它没有希克苏鲁伯撞击坑那样大，勉强够40千米宽，要20个阿拉瓜伊尼亚撞击坑才能填满一个希克苏鲁伯撞击坑。埋藏在撞击坑之下的东西可能是关键所在。托维尔猜测，当时这一区域被广阔的浅海覆盖，其下是渗透性极差的泥岩。而在泥岩的下面，大量的甲烷从岩层中溢出。即便是现在，泥岩下的那些岩层也富含有机碳。

 

　　托维尔的观点认为，小行星撞击时引起了一系列9.3～10.5级之间的超强地震，使撞击坑附近1000千米范围内的泥岩破碎，迫使富甲烷砂体溢出。他在切穿二叠纪岩体的、撞击前的垂直砂体结构中，找到了这一幕的证据，而在撞击后的年轻砂体中却未有相应发现（参见《古地理学、古气候学和古生态学》，第387卷，66页）。

 

　　这个过程与液压破碎法或水力压裂法（hydraulic fracturing）相似，它们都是将液体泵入岩体，以使岩体破碎，继而释放出其中的捕虏甲烷。不过，人为破碎而释放的甲烷大部分在电厂被收集用来燃烧，阿拉瓜伊尼亚撞击释放的所有甲烷却都进入了大气。据托维尔基于围岩碳同位素的计算，其数量达到了惊人的1.6万亿吨。

 

　　由于甲烷是效果极强的温室气体，巴西释放的甲烷效力相当于135万亿吨二氧化碳，用来解释2.52亿年前令生态系统失去控制的全球变暖绰绰有余。

 

 

尺寸大小并不是决定外太空撞击致命程度的唯一因素。点击查看大图。图片来源：《新科学家》

 

　　威格纳尔说，用现代液压破碎法作对比有些夸张，却令这个假说受到了正确的关注。但他并没有被说服，因为阿拉瓜伊尼亚撞击的时间与大灭绝发生的时间只是刚刚对得上而已。他说：“测年结果并不确定。”他认为，托维尔的团队发现的、与二叠纪末“破碎事件”相关联的垂直砂体结构变化，仅能反映当地上千万年间的地震紊乱，根本与撞击无关。

 

　　挪威奥斯陆大学的亨里克·斯文森（Henrik Svensen）更热衷于普遍观点，他甚至认为小行星撞击引发的“液压破碎”可以解释恐龙那种规模的灭绝事件。但他不太确定，托维尔对阿拉瓜伊尼亚撞击的解释是否正确。随着二叠纪末灭绝事件越来越受到关注，他越支持“液压破碎”，而非撞击。

 

　　十多年前，斯文森与他的同事开始研究西伯利亚玄武岩省，以期了解怎样的火山活动能造成全球危机。他们的注意力被俄罗斯地质图上一些非同寻常的圈状构造吸引。他说：“我们在地图上一看到这些构造，就知道我们必须研究它们。”

 

　　它们是一些奇特的似烟囱状结构，岩体的垂直剖面显示它们充满了火山物质、沉积物及被称为蒸发岩的盐类沉积。当他和同事采集管道中的样品并带回实验室加热分析时，样品产生了大量能轻易破坏臭氧层的氯甲烷和甲基溴气体。

 

　　斯文森认为，西伯利亚火山喷发确实喷出了大量温室气体进入大气，但更重要的是，它们烘烤了其下埋藏的富有机质页岩和蒸发岩。这一过程在10万年内产生了超过100万亿吨的二氧化碳和几万亿吨的卤烃，比如氯甲烷。最初，这些气体在深处的包体中聚集，但随着气压的增加，上面覆盖的岩石无法再承受，因而逐渐破碎而形成了似烟囱状结构。每一个“烟囱”都会爆炸式地喷发温室气体，将破坏臭氧层化学物质喷入高空大气。

 

　　这能够解释极端全球变暖事件，会导致部分物种灭绝，但同时还会带来另一个致命因素。随着大气中臭氧层的减少，越来越多的紫外线到达地球表面，对那些熬过气候变暖的生物继续造成伤害。支持这一幕的证据就是二叠纪末灭绝事件中森林的消失。威格纳尔指出，如果灭绝事件完全由全球变暖引起，森林是不会消失的。他说：“喜暖植物可以向极地迁移，但极地森林依然被清扫一空。”

 

　　其他学者也发现了直接证据，表明臭氧层消失至少是大灭绝事件的原因之一。美国加利福尼亚大学伯克利分校的辛蒂·洛依（Cindy Looy）及其同事发现，晚二叠世岩层中的异常孢粉化石与乌克兰切尔诺贝利核电站遗址附近的异常松柏花粉很相似。畸形花粉同样在新西兰靠近极地臭氧空洞的高纬度地区发现。所有这些，都与高度辐射有关。

 

　　自然的“液压破碎”不仅会引起全球增温，还会释放破坏臭氧层的气体。最近提出的另一个新颖观点认为，西伯利亚玄武岩省源自于地幔的一处非正常区域，这个区域能够释放大量的二氧化碳和能破坏臭氧层的氯化氢气体，而不需要任何附加的“液压”作用（参见《自然》杂志，第477卷，312页）。

 

　　在几十年的研究后，最大灭绝事件仍然是一个谜团，这是不争的事实。洛依说：“有关这个谜题最令人感兴趣的是，我们离完全解开它还非常遥远。”

 

　　无论托维尔或斯文森的“液压”模型是全部还是部分答案，它都照亮了一个非常重要的新纪元，因为地球正在进入另一个危险的暖期。就像艺术家小野洋子（Yoko Ono）2013年早些时候在纽约州的一次反对现代液压破碎法的示威游行中所说的那样：“液压破碎法能毁灭土地、自然，然后是整个世界。”或许结果会这样，虽然并不完全像她所指那样进行。