二叠纪末“毒汤”是导致几乎所有物种灭绝的主要原因

2021年11月09日 08:31 新浪科技

　　新浪科技讯 北京时间11月9日消息，地球进化历史中，最严重的一次物种大灭绝事件——二叠纪末大灭绝，许多动物死于“毒汤”，面对当前全球气候趋暖、室温效应等变化，这或许是一个令人深思的“现代启示录”。

　　二叠纪末大灭绝事件发生于2.52亿年前，当时火山喷发释放大量温室气体、全球气温大幅升高，伴随的是海洋和陆地几乎所有物种灭绝消失。目前，美国康涅狄格大学地球科学系特蕾西·弗兰克和克里斯·菲尔丁教授在内的一支国际研究小组发表研究报告称，他们发现了二叠纪末全球气候极端变暖事件中物种灭绝的最新原因——有毒微生物大量繁殖。

　　在一个健康的生态系统中，微小藻类和蓝藻细菌为水生动物提供氧气，这是它们光合作用的副产物，然而一旦它们的数量失控，就会耗尽游离氧，甚至向水中释放毒素。通过研究澳大利亚悉尼附近的化石、沉积物的化学记录，研究人员发现，二叠纪末大灭绝事件的第一次火山喷发不久就发生了淡水微生物大量繁殖，一旦淡水底层食草动物或者“腐食者”死亡，就无法控制微生物，随后淡水充满了大量藻类和细菌，生态系统恢复可能推迟数百万年。

　　弗兰克和菲尔丁研究了远古淡水沉积物，他们从沉积物层中收集了有关环境条件的细节线索，由此发现了二叠纪末淡水中产生的有毒物质。他说：“我们正试图了解这些植物生活在怎样的环境中，例如：它们生活在湖泊沉积还是河流沉积中？那么我们就能确定有关盐度和温度的细节，事实上这些细节均与地球化学密切相关。”

　　“毒汤”与二叠纪末其出现的三个现象密切相关，分别是：温室气体释放、高温和丰富营养，温室气体释放和高温是由于火山频繁爆发造成的，而丰富营养是短时期内树木消失导致的，火山喷发导致大量木本植物消失，土壤流失进入河流和湖泊，为微生物提供了所需的全部养分。当研究人员比较与变暖相关的大规模物种的化石记录时，他们发现了极其相似的化石记录，这表明在极端变暖事件中，致命的微生物大量繁殖是导致淡水物种灭绝的“累犯”。

　　现今人类仍在“重蹈覆辙”，近年以来淡水微生物大量繁殖，通过这项研究我们意识到洞察远古地球科学的重要性，将为理解当代气候变化提供关键背景线索。

　　弗兰克说：“我们看到湖泊和浅海环境中出现越来越多的有毒藻类，它们呈爆发式繁殖趋势，这与全球气候转暖和相关植物群落变化有关，该变化导致淡水环境中营养成分增加，因此这与现今地球环境有诸多相似之处，二叠纪末期火山频繁爆发是主要的二氧化碳来源，但现今人类活动排放的二氧化碳增加速率非常惊人，与二叠纪末期火山喷发释放的二氧化碳增加速率相近。”

　　我们可以了解地球远古时期气候变化情况，极端情况是怎样的，变化的速度有多快，气候变化的原因是什么，这为我们理解当代正在发生的气候事件提供了重要线索。

　　依据2021年政府间气候变化专门委员会（IPCC）的研究报告，人类对气候变化的影响是“非常明确的”，并为水藻等喜温微生物扩散繁殖提供有利条件，再加上主要来自农业和森林砍伐的水污染带来的营养物质流失，导致大量有毒微生物繁殖，最终酿成的悲剧是——大量鱼类死亡，对人类和牲畜造成严重影响，全年每年损失数十亿美元。

　　二叠纪末期是寻找与现代发生气候事件相似之处的最佳目标，另一个相似之处是，二叠纪末期气温上升与森林火灾的大规模增加同时发生，其中一个相似之处就是火灾破坏了整个生态系统，美国加州野火带来的灾难不言而喻，人们想知道，随着此类事件越来越普遍，其带来的长期后果会怎样？

　　事实上，这些都是关于生态系统失衡的明显症状，目前最新研究显示，藻类爆发事件的影响可以持续很长时间，然而与远古时期遭受大规模灭绝的物种不同，地球人类有机会通过保持水道清洁和遏制温实验室气体排放来避免水华现象。水华现象是指伴随着浮游生物的骤然大量增殖而直接或间接发生的现象。

　　菲尔丁说：“可怕的是，我们习惯于用几年、甚至几十年的时间尺度来思考问题，现实情况远比我们想象的更严峻，二叠纪末期大灭绝事件用了400万年时间才恢复过来，我们必须清醒地认识这一点。”（叶倾城）

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-11-09/doc-iktzqtyu6211538.shtml?cre=tianyi&mod=pchp&loc=25&r=0&rfunc=79&tj=cxvertical_pc_hp&tr=12

       上文认为，“毒汤”与二叠纪末其出现的三个现象密切相关，分别是：温室气体释放、高温和丰富营养，温室气体释放和高温是由于火山频繁爆发造成的，而丰富营养是短时期内树木消失导致的，火山喷发导致大量木本植物消失，土壤流失进入河流和湖泊，为微生物提供了所需的全部养分。

       从碳循环的角度出发，温室气体释放和高温主要是由于森林和煤炭层爆燃造成的。

相关证据

       2.5亿年前地球生物经历大灭绝的野火事件

       近日，中科院南京地质古生物研究所的科研人员们发现，当时高强度频发的重大野火事件可能是这场大灭绝的罪魁祸首，相关成果在线发表于《地球科学评论》和《地学前沿》期刊上。

     “在这次空前的大灭绝中，约有95%的海洋生物物种和约75%的陆地生物物种快速灭亡，旧的海陆生态系统几乎崩溃。”蔡垚峰介绍，这次大灭绝是地球史上最严重的事件，如果能够找出确切原因，将有助于揭开其他几次生物大灭绝的面纱。

       长期以来，关于这次生物大灭绝的原因，全球的科学家们从多个角度展开分析，主流观点认为是火山喷发造成全球环境剧变。“这次史上最大规模的灭绝事件应该是在多种因素的影响下发生的，至于各因素之间的关联性，尚有待探索。”

       新疆大龙口剖面位于新疆准噶尔盆地南缘，地层发育良好，以富产古脊椎动物和古植物化石而著称。科研团队对这里的炭屑化石及有机碳同位素等开展了详细研究，发现火山活动与野火事件存在关联性。

     “野火是指发生在荒原、山地、森林等地区的以植被为主要燃料的自然大火，自植物出现以来，野火就一直存在。”蔡垚峰分析，距今约两亿多年前，在全球范围内曾频繁发生重大的野火事件，这些野火活动产生的各方面影响与生物的演化进程有密不可分的关联。

       你可能会想，如何知道当时发生过野火呢？其实，野火烧过的痕迹就算是埋了几亿年，科学家们还是能扒出些蛛丝马迹。

      “掩埋在地底的炭屑，能够还原早在人类出现前的地球面貌，这是曾经发生过野火的最直接证据。炭屑含量越高，野火强度越大。”科研团队在新疆大龙口剖面发现丰富的炭屑，且由底至顶炭屑丰度增加。这一发现证明该地区在两亿多年前曾频繁发生野火事件，并有愈演愈烈的趋势。他们还发现，当地曾发生过森林衰退的现象，而野火事件可能是导致该现象发生的直接原因。

     “研究表明，火山活动驱使野火事件强度的增加，而且野火活动和陆地生态系统在当时的协同变化模式可能是全球性的。”科研人员们分析，两亿多年前全球气候干旱，导致野火事件频发。野火在该时期对植被的干扰和影响到达顶峰，并在短时间内快速摧毁了原有的陆地植被系统。之后野火活动便因失去燃料进入了贫乏期，直到植被系统的逐渐复苏。

http://www.xdkb.net/p1/207537.html

       Geology：2.5亿年前火山喷发曾毁灭全球森林

       英国科学家的最新研究称，在距今大约2.5亿年前，大规模火山喷发毁灭了全球的森林，使得地球到处是以树木为食的真菌。

       这项研究证实，即便是生命力极强的树木，也未能在二叠纪物种大灭绝事件的浩劫中幸免，那也是已知地球上最具破坏性的物种灭绝事件之一。在这次灭绝事件中，超过95%的海洋生物物种和70%的陆地生物物种从地球上永远消失，它们极有可能毁灭于集中在当今西伯利亚一带的长期火山喷发喷射的有毒气体。

       研究结果刊登在最新一期《地质学》(Geology)杂志上[4-6]。

https://www.163.com/dy/article/FSE687EN05149AIR.html

      化石能源燃烧加速推动地球生物灭绝

       发生在大约2.52亿年前的二叠纪-三叠纪生物大灭绝，在短短几万年的时间里，使96%的海洋生物和约70％的陆地生命从地球上永远消失。

       当时，位于如今西伯利亚地区的古老火山喷出了大量岩浆，覆盖了相当于美国表面积三分之一甚至一半的土地，这一过程持续了大约一百万年。然而，火山爆发不是导致大灭绝的根本原因。

       据两个独立的科学家团队发布的最新研究论文，正是由于西伯利亚火山岩浆燃烧了大量地下石油和煤炭沉积物，燃烧过程中释放出二氧化碳和甲烷等温室气体，进而导致了大灭绝的发生。日本东北大学的地球化学家Kunio Kaiho团队发现两起火山爆发事件与二叠纪末陆地与海洋生物灭绝时间吻合。而苏格兰圣安德鲁斯大学生物地理化学家Hana Jurikova团队在大灭绝边界的贝壳化石中发现了海洋酸化的证据，证实了化石燃料燃烧和温室气体释放造成海洋酸化，从而导致珊瑚等海洋生物溶解死亡。

       这些研究发现进一步证实了气候变化对地球生命的影响。如果将大灭绝与如今全球变暖进行类比，大灭绝期间排放的温室气体总量远远超过人类产生的温室气体。然而，当时火山释放出二氧化碳的速度比今天人类的排放速度要慢14倍。因此，我们目前每年燃烧产生的碳量比大灭绝时期的任何时候都高得多。如果不能遏制温室气体排放，未来气候变化对生物的严重影响或许可以预见。

https://www.163.com/dy/article/FSE687EN05149AIR.html

       火山喷发点燃煤层导致二叠纪生物大灭绝

       关于二叠纪绝灭事件原因的研究有很多，卡尔加里大学的研究者最近称是火山的大规模喷发点燃了大量的煤层，从而产生了大量浮灰团，对全球海洋产生了广泛的影响。

       2.5亿年前地球经历了史上最大的一次生物绝灭事件，期间95%的海洋生物和70%的陆地生物都没有逃脱绝灭的命运。

       关于此次绝灭事件原因的研究有很多，卡尔加里大学的研究者最近称他们找到支持火山喷发说的证据。研究者在加拿大北极地区的二叠纪末绝灭事件的岩石中发现了煤灰层的存在，这表明当时火山的大规模喷发点燃了大量的煤层，从而产生了大量浮灰团，对全球海洋产生了广泛的影响。

       早期也有研究者猜测，西伯利亚的史上最大规模火山喷发可能在经过煤层的时候产生了大量的温室气体，而导致全球变暖。但卡尔加里的研究者却是第一次发现了支持这一说法的直接证据。

       毁灭事件发生时，全球存在一个超级大陆盘吉亚（Pangaea），盘吉亚上从沙漠到森林都有，四足动物在其中逐渐分异出原始两栖类、爬行类、和羊膜类动物。火山喷发发生在西伯利亚地盾，这是一片比欧洲还大的地域，火山喷发产生的灰尘团漂移到加拿大极区，形成了研究者现在发现的煤灰层。

       这些煤灰可使地球产生温室效果，更可怕的是，它还能降低海洋中的氧气含量，从而使生物窒息而亡。二叠纪末真的是地球上最艰难的一段时期，火山喷发产生的热熔岩、有毒气体、煤灰等多种因素共同导致了大绝灭事件的发生。

 https://tech.qq.com/a/20120117/000232.htm 

http://www.nigpas.cas.cn/kxcb/kpwz/201101/t20110125_3067150.html

        揭秘：2.5亿年前全球90%物种灭绝之谜

       由德国地学研究中心的地球动力学建模人员、法国格勒诺布尔大学的地球化学家、德国马克斯普朗克研究所和俄罗斯科学院的研究人员组成的一个国际研究小组，对西伯利亚地盾(Siberian traps)火山大爆发和地球史上规模最大的生物大灭绝的关系发表研究报告表达了新看法。研究报告发表在在最近一期的《自然》杂志上。

　　西伯利亚地盾位于俄罗斯西伯利亚。西伯利亚地盾的形成时间，介于二叠纪与三叠纪之间，约2.51亿年前到2.5亿年前，与二叠纪-三叠纪灭绝事件的时期相符合，那也正是地球最暖的时期。西伯利亚地盾火山爆发持续约一百万年，是过去5亿年来，已知最大型的火山爆发之一。

　　西伯利亚地盾火山喷出的岩浆面积高达7百万平方公里，接近澳大利亚的面积。西伯利亚地盾火山可能已向空中喷射多达100万亿吨的碳(人类每年排放到大气中的碳约为80亿吨)，这足以造成全球气候灾难。

　　研究人员认为，西伯利亚地盾火山连锁爆发引发煤炭燃烧，造成地球变暖，火山灰中含有的有毒物质逐渐渗入到陆地和水中，导致生物中毒而死，造成地球早期历史中生物大规模灭绝。

http://www.qulishi.com/news/201701/159696.html

        澳大利亚一次森林大火的预演

        2019年7月8日开始，澳大利新南威尔士州爆发了山火，由于当地天气的炎热，加上澳大利亚政府的救援不力，很快整个澳洲燃起了大火。山火像恶魔一样吞噬着澳大利亚的森林和草地，一直持续了整整7个月。

       在这场大火中，大约400公顷的土地被烧毁，十亿野生动物死于大火，连澳洲的考拉也死了百分之三十，此外，鸭嘴兽直接成为了濒危动物。在七个月的燃烧期中，澳大利亚有33个人死于大火。而更为可怕的是，这场大火所造成的生态危害。

       从小的方面来说，澳大利亚当地的物种生态得到大肆的毁灭，势必会造成当地各种的生态负面影响。一米长的蝙蝠开始进入城市，堪培拉、墨尔本的天空被大火染成了红色，城市中充满了灰烟。

       最让人担忧的是，南极洲和澳洲的距离十分的近，七个月的大火，让本来就温室效应的世界气候变得更加的高温。常年堆积冰川的南极洲由于全球变暖，使得大量的冰川融化，冻土苏醒。全球的水平面急剧的增长，据科学家研究发现，在南极洲发现了很多的远古病毒。这些病毒都是被封印进去的，如今气候变暖，自然也是开始慢慢的苏醒。

https://new.qq.com/omn/20200104/20200104A056FD00.html

       科学家表示，2021年7月是2003年开始有卫星记录以来全球山火最严重的7月。在北美洲、西伯利亚、非洲和欧洲南部，山火持续肆虐。

       2021年7月全球各地的山火共释放出343兆吨碳，比2014年出现的上个7月全球峰值高出约五分之一。

       欧盟哥白尼大气监测局资深科学家马克·帕林顿说：“自2003年我们开始有记录以来，今年7月的（山火碳排放）全球总量是最高的。”

https://new.qq.com/rain/a/20210808A07C9O00

       结论：改写全球气候历史和生物灭绝历史的重大事件

       发生在大约2.52亿年前的二叠纪-三叠纪生物大灭绝，在短短几万年的时间里，使96%的海洋生物和约70％的陆地生命从地球上永远消失。由于西伯利亚火山岩浆燃烧了大量森林、地下石油和煤炭沉积物，燃烧过程中释放出二氧化碳和甲烷等温室气体，进而导致了大灭绝的发生。澳大利亚山火就是一次未来大灭绝的预演。

       与西伯利亚暗色岩类似，德干暗色岩也发生在大陆，因此可以加速化石燃料燃烧和温室气体超级排放，造成恐龙灭绝重大事件。小行星撞击扩大了这一事件。

       这表明，太阳能量的长期积累和释放参与和扩大了全球变暖，温室气体和全球变暖的一致性，根源在太阳能量的长期积累和释放，元凶就是太阳能量积累和光合作用的逆反应[1-2,7-8]。

       人类的出现可能改变这一自然规律：化石燃料就是大陆和海洋内的火药桶，超级火山爆发就是导火索，人类开发化石能源，铲除了大陆和海洋内的火药桶，避免了下次超级火山引发的温室气体超级排放，阻止下一次生物大灭绝，变天灾为人类福祉与天人和谐，这应该是天大的好事。

       要温室气体的爆炸式超级排放，还是要温室气体缓慢式人工排放，人类必须做出正确的抉择。

       温室气体减排有利有弊：短期可以维持现状，但不过是扬汤止沸；长期留下后患，造成更严重的生物大灭绝。人类开发化石能源，铲除了大陆和海洋内的火药桶，这才是釜底抽薪。

       温室气体循环路线图：太阳光合作用将太阳能量和二氧化碳贮存在草木、甲烷和化石燃料矿藏之中，超级火山喷发点燃草木、甲烷和化石燃料，向大气释放出积累的太阳能量和温室气体，导致全球变暖和生物灭绝（高温型）；酸雨清洗大陆，将温室气体带入海洋，导致海洋酸化和岩石圈碳酸钙积累，引发大气温室气体降低、生物灭绝（低温型）和气候变冷（参见海底藏冷效应和海底温室气体贮存效应）。

        一个明显的规律是，温室气体在温暖时期集中在大气，在寒冷期集中在海洋和岩石圈。石炭二叠纪成煤期与生物大灭绝有很好的对应关系。

       温室气体的大规模积聚和排放与太阳能量的长期积累和释放同时进行。人类忽视了后者，夸大了前者。 

       总之，碳中和要比控制碳排放更科学。人类在一定时间内直接或间接产生的温室气体排放总量，通过植树造林、节能减排等形式，以抵消自身产生的二氧化碳排放量，实现二氧化碳“零排放”。这是人类与自然和谐共生的明智之举。

       由于气候变暖，野火在高纬度的阿拉斯加州可以蔓延5个月之久。这里还意外出现了约70起“僵尸火”——看起来已经熄灭的火焰。它们可以藏在半腐层中闷烧8个月左右，再在温暖的季节重新冲出地面。这些复燃的“僵尸火”很有可能引发更严重的气候问题。

       规模最大的第三次生物大灭绝警告不容忽视。

参考文献

1.        杨冬红，杨学祥. 全球气候变化的成因初探. 地球物理学进展. 2013, 28(4): 1666-1677.

2.        杨学祥, 陈殿友. 火山活动与天文周期. 地质论评, 1999, 45(增刊): 33-42.

3.        杨冬红, 杨学祥. 地球自转速度变化规律的研究和计算模型. 地球物理学进展, 2013，28（1）：58-70。

4.        Mark A. Sephton1, Henk Visscher2, Cindy V. Looy3, et al. Chemical constitution of a Permian-Triassic disaster species. Geology October 2009 v. 37 no. 10 p. 875-878 doi: 10.1130/G30096A.1

5.        Arizona State University. “Oasis effect” in urban parks could contribute to greenhouse gas emissions. ScienceDaily. www.sciencedaily.com/releases/2020/11/201119083931.htm

6.        Burning Fossil Fuels Helped Drive Earth’s Most Massive Extinction, The New York Times. https://www.nytimes.com/2020/11/18/science/extinction-global-warming.html?searchResultPosition=14

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-11-02/doc-iktzqtyu4901340.shtml?cre=tianyi&mod=pchp&loc=8&r=0&rfunc=79&tj=cxvertical_pc_hp&tr=12

http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1310660.html

7.        杨冬红，杨德彬，杨学祥. 2011a. 地震和潮汐对气候波动变化的影响[J]. 地球物理学报， 54（4）：926-934

8.        杨冬红. 2009. 潮汐周期性及其在灾害预测中应用[D][博士论文].长春:吉林大学地球探测科学与技术学院.