全球变化- 杨学祥工作室分享 http://blog.sciencenet.cn/u/杨学祥 吉林大学地球探测科学与技术学院退休教授,从事全球变化研究。

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生物大灭绝的主要特征:极端气候(大冰期或大温暖期)和超级火山喷发

已有 1408 次阅读 2021-11-28 13:57 |个人分类:全球变化|系统分类:论文交流

          生物大灭绝的主要特征:极端气候(大冰期或大温暖期)和超级火山喷发

                                     吉林大学:杨学祥,杨冬红


     《科学》的一项新研究发现,食草动物的灭绝或曾在世界范围内点燃了一把又一把的野火。

  5万年前-6000年前的第四纪生物灭绝事件让猛犸、大型野牛和古野马等标志性的食草动物都消失了。美国耶鲁大学与犹他州自然历史博物馆合作,编制了这一时期已灭绝食草动物的种类以及具体的灭绝时间。

  数据显示,南美洲食草动物灭绝的比例是最大的,约83%的种群都消失了。此外,北美洲失去了68%的食草动物,澳大利亚和非洲则分别为44%和22%。

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-11-26/doc-ikyamrmy5177922.shtml?cre=tianyi&mod=pchp&loc=23&r=0&rfunc=23&tj=cxvertical_pc_hp&tr=12

      5万年前-6000年前的第四纪生物灭绝事件发生在第四纪大冰期,大冰期的极端冷气候是猛犸、大型野牛和古野马等标志性的食草动物都消失的主要原因。

      事实上,地球第一次生物大灭绝和第二次生物大灭绝都发生在大冰期时期。

      第一次物种大灭绝发生在4亿4千万年前的奥陶纪末期,由于当时地球气候变冷和海平面下降,生活在水体的各种不同的无脊椎动物便荡然无存。在距今4.4亿年前的奥陶纪末期,发生地球史上第一次物种灭绝事件,约85%的物种灭亡。古生物学家认为这次物种灭绝是由全球气候变冷造成的。在大约4.4亿年前,撒哈拉所在的陆地曾经位于南极,当陆地汇集在极点附近时,容易造成厚的积冰——奥陶纪正是如此。大片的冰川使洋流和大气环流变冷,整个地球的温度下降,冰川锁住水,海平面降低,原先丰富的沿海生态系统被破坏,导致85%的物种灭绝。

      第二次大灭绝发生在3.75亿年前,也就是过了不到1亿年,这次灭绝了一半的海洋生物。海洋生物诡异般地大规模消失了,相比之下,陆地生物却几乎毫发无损。第二次物种大灭绝发生在泥盆纪晚期,其原因也是地球气候变冷和海洋退却。在公元前约3.65亿年的泥盆纪后期,历经两个高峰,中间间隔100万年,发生地球史上第二次物种灭绝事件,海洋生物遭到重创。

      第三次大灭绝发生在2.51亿年前,相对于前一次大灭绝,这次也是又过了1亿年,也是史上已知规模最大的一次生物灭绝事件,这一次有70%的陆地生物灭绝了,96%的海洋生物灭绝了。科学家认为,灭绝原因比较复杂,可能是由于火山大规模喷发制造了大量的酸性颗粒和温室气体,不仅妨碍植物的光合作用,还推动全球气温急剧上升。

      第四次灭绝发生在2亿年前,和第三次时间只差了5000万年。这一次有50%的物种灭绝了,原因不明,但为恐龙成为地球上生物链的霸主扫清了障碍。

      第五次大灭绝相信大家都不陌生,在6500万年前,一颗小行星撞击了尤卡坦半岛,大量灰尘进入大气层,在随后的1年时间内都是遮天蔽日,日照量锐减令植物大批死亡,随着生态系统瓦解,75%的物种惨遭灭绝,其中就包括恐龙。科学家们确信希克苏鲁伯陨石撞击事件是造成白垩纪至第三纪恐龙大灭绝的原因。希克苏鲁伯撞击事件会引发大规模海啸、地震与火山爆发,撞击产生的碎片和灰尘会造成全球性的风暴,长时期遮蔽阳光,妨碍植物的光合作用,造成生态系统的瓦解,一系列的灾难最终导致全球约17%的科、50%的属、75%的物种灭绝,灭绝事件的规模在5次大灭绝事件中排名第2。

      中国科学院南京地质古生物研究所研究员、博士生导师沈树忠认为,已有研究表明,大约6亿年以来生命在不断地演化,还没有任何天外事件曾经毁灭整个地球生物圈,所有这些生物大灭绝事件几乎都伴随有剧烈的全球性环境变化。奥陶纪末、泥盆纪晚期F/F、三叠纪末、中石炭世事件都伴随有冰室效应/温室效应气候转变事件的发生;二叠纪末、PETM、白垩纪末等事件发生的前后都有温度剧烈变化、海洋酸化和缺氧、海洋微生物爆发等现象出现,所有这些都说明剧烈的气候环境变化是导致生物大灭绝发生的原因。其幕后黑手大多指向地球内部的活动造成的大规模火山喷发,即便是白垩纪末生物大灭绝事件,越来越多的研究表明德干玄武岩的喷发与大灭绝的密切时间联系。大规模火山喷发带来的CO2等温室气体本身不足以造成地质记录所表现的碳同位素、温度等变化幅度,但火山作用可以触发蕴藏在各大陆和大陆架沉积物中的大量甲烷等温室气体在短时间内快速释放,这些温室气体大量进入大气,可导致地表环境剧烈变化,从而造成生物大灭绝,因此,触发全球气候和环境剧变的机制成为整个生物圈崩溃乃至毁灭的最大威胁。


        本文提供详细的天文周期和地质旋回年表作对照,以便从中发现规律,预防类似灾害事件的再度发生。生物大灭绝的主要特征:极端气候变化(大冰期或大温暖期)和超级火山喷发。


1  地球自转周期与地质旋回

Table 1  Earth’s rotation periods andgeological cycles

时间

/Ma

地球

自转

全球

气候

生物灭绝事件

 

火山喷发

形成物  体积/106km3

480

高峰

温暖期


北美火山活动高峰

440

低谷

大冰期

第一次生物大灭绝:4.5亿年前

北美火山活动低谷

375

低谷

大冰期

第二次生物大灭绝:3.75亿年前

北美火山活动低谷

280

减慢

大冰期


北美火山活动减弱

248

减慢


第三次生物大灭绝:2.51亿年前

西伯利亚暗色岩

230

低谷


第四次生物大灭绝:2.03亿年前

北美火山活动低谷

160

加快



三大洋底重大裂解作用

140

加快



香港超级火山

139

加快



三大洋底重大裂解作用

120

高峰

温暖期

不明显 (水下喷发)

翁通爪哇海台36

120




北美火山活动高峰

110

高峰


大规模生物灭绝

凯尔盖朗海台

97




三大洋底重大裂解作用

65



第五次生物大灭绝:0.65亿年前

德干暗色岩

55



陆生哺乳动物灭绝

北大西洋火山边缘

25

低谷

低温



15

加快

变暖

大规模生物灭绝

哥伦比亚河溢流玄武岩1.3

10

高峰

变暖



0

低谷

大冰期

第六次生物大灭绝??

北美火山活动低谷

 

表2  地球自转周期、地质旋回、气候变化和地磁极性倒转[1,2,16]

Table 2  Earth’s rotation periods, geological cycles and geomagnetic polarity reverse [1,2,16]

地质界线

新生代/现在

中生代/新生代


侏罗纪/白垩纪

古生代/中生代

石炭纪/二叠纪

下古生代/上古生代

年代/102Ma

0

 

0.65

 


 1.36

 

 2.25

 2.80

 3.45

万有引力

常数变化

最小

 



最大

 


最小

 


太阳辐射

最小



最大


最小


地壳自转

减慢



加快


减慢


火山活动

喷发最弱

喷发中等

喷发最强

喷发中等

喷发最弱

喷发中等

海陆变动

大陆为主最大海退

由主要是海变为大陆

最大海侵

由主要是大陆变到海

大陆为主最大海退

由主要是还变到大陆

气候变化

第四纪大冰期


中生代温暖期


石炭二叠纪大冰期


陆海分布类型

大陆集中在北极


大陆分散在赤道


大陆集中在南极


造山作用


生物灭绝

第三纪大褶皱

第四纪大灭绝



白垩纪恐龙灭绝


石炭二叠纪大褶皱


地磁极性

反向


正向


反向


 http://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1183567.html


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, 2013281):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

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, 544):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.


相关报道

《科学》:世界范围大火频发,原因竟是动物灭绝?

2021年11月26日 10:00 新浪科技综合


视频-澳洲野火不断 8000余只考拉丧生 网友:直接把一个物种推向濒危

  ▎药明康德内容团队编辑

  你可能听过野火和气候或者植被种类有关,比如去年引起全世界关注的澳洲大火,就燃烧了长达近7个月,除开人为因素,当地持久的干旱和炎热天气使得许多地区缺少水分,因此一次闪电或一枚烟头就能引起一场大火。

  而澳大利亚生长较多的桉树又再一次助长了火势,由于桉树许多部位都含有油脂,掉落在地上的可燃物较多,进一步推动了火势蔓延。

  因此这两种因素都很好理解。但是,还有一种你想不到的原因也与野火有关,那就是食草动物。《科学》的一项新研究发现,食草动物的灭绝或曾在世界范围内点燃了一把又一把的野火

  研究的灵感来自于过去对局地食草动物和生态变化的观察,比如像坦桑尼亚南部的塞伦盖蒂平原地区生长着大量食草动物,然而它们数量减少时火灾发生频率也会升高。当然,具体的机制也很简单,食草动物的进食行为会减少可燃物的数量,避免了火灾的发生。

  这一结论是否能推演到全球范围呢?过去的大型动物灭绝事件让研究者拥有了一个绝佳的机会探索这一问题。

  5万年前-6000年前的第四纪生物灭绝事件让猛犸、大型野牛和古野马等标志性的食草动物都消失了。美国耶鲁大学与犹他州自然历史博物馆合作,编制了这一时期已灭绝食草动物的种类以及具体的灭绝时间。

  数据显示,南美洲食草动物灭绝的比例是最大的,约83%的种群都消失了。此外,北美洲失去了68%的食草动物,澳大利亚和非洲则分别为44%和22%。

  与此同时,研究团队对161个长草区域的地层木炭记录进行了统计,这些记录能反映不同时期生物质的燃烧情况。

  通过将两组时间表进行比较,研究者发现大型食草动物灭绝与火灾发生是成正比的,而食草动物灭绝情况越严重,火灾范围的增加幅度就更大。比如南美洲和北美洲火灾就非常严重,而澳大利亚和非洲的草原火灾活动几乎没有变化。

  研究指出,这种火灾频发的现象主要和地上的干草和树叶等可燃物堆积有关,比如同一时期一些在树木上觅食的动物(如大型树獭)也灭绝了,但它们的消失对林区的火灾发生几乎没有影响。


  “大型食草动物灭绝会导致一连串的后果,”新研究的第一作者Allison Karp博士表示,捕猎者系统会因此崩溃,依赖草食动物传播种子的植物也会连带消失,甚至还会在全球范围内引起熊熊大火,“研究这些影响有助于我们了解食草动物是如何塑造生态系统的。”

  随着大型食草动物退出生态圈,频发的大火直接重塑了草原生态系统,过去耐放牧的草逐渐消失。而适应了新环境的动物也开始崛起,其中就包括家畜一类的物种。

  新研究也让研究者思考食草型家畜的迁徙与野火发生的关系,“如果我们想要对火灾进行预测,就必须密切关注这些相互作用,”研究的通讯作者,耶鲁大学副教授Carla Staver表示。

  参考资料:

  [1] Loss of ancient grazers triggered a global rise in fires。 Retrieved Nov 25th, 2021 from https://www.eurekalert.org/news-releases/935753

  [2] Allison T。 Karp,J。 Tyler Faith, et al。 Global response of fire activity to late Quaternary grazer extinctions。 Science。 DOI:10.1126/science.abj1580

  本文来自药明康德内容微信团队

https://finance.sina.com.cn/tech/2021-11-26/doc-ikyamrmy5177922.shtml?cre=tianyi&mod=pchp&loc=23&r=0&rfunc=23&tj=cxvertical_pc_hp&tr=12


是什么引起五次生物大灭绝? |《科学通报》解读

已有 9210 次阅读 2017-5-5 16:38 |个人分类:《科学通报》|系统分类:论文交流| 生物大灭绝

Science 125个科学前沿问题系列解读

      生物大灭绝是指在相对比较短的时间内地球生物大量消亡甚至毁灭的一种灾变事件。由于事关地球整个生物圈的存亡,因而,备受各国科学家和广大民众的高度关注。

      关于目前地球是否正经历着一次前所未有的生物大灭绝?人类活动对地球生物圈是否产生致命影响?仍然处于不断的争论之中。然而,由于人类历史相对于地球历史非常短暂,要阐明这样一个事关地球生物圈发展趋势的关键问题,仅仅依据人类观察所获得的几百至上千年的数据,是难于给出明确答案的,人类历史时期生物多样性的发展趋势应该纳入到地质历史中去分析和研究。在整个显生宙的历史中发生了至少五次生物大灭绝事件,这些事件曾经导致当时的地球生物多样性明显减少,对整个生物圈产生重大影响。

      那么是什么导致了地质历史时期发生了五次生物大灭绝呢?

     《科学通报》2017年第11期特邀中科院南京古生物所沈树忠院士和张华副研究员,对地质历史时期发生的五次生物大灭绝进行了系统的总结和评述。

      沈树忠,中国科学院南京地质古生物研究所研究员、博士生导师。主要从事腕足动物、牙形类化石系统古生物学、二叠纪地层学、二叠纪末生物大灭绝、全球生物古地理等研究并取得了系统性和创新性成果。现任“国际二叠纪地层分会”主席和国家自然科学基金委员会重大项目首席科学家。

     他们认为已有研究表明,大约6亿年以来生命在不断地演化,还没有任何天外事件曾经毁灭整个地球生物圈,所有这些生物大灭绝事件几乎都伴随有剧烈的全球性环境变化。奥陶纪末、泥盆纪晚期F/F、三叠纪末、中石炭世事件都伴随有冰室效应/温室效应气候转变事件的发生;二叠纪末、PETM、白垩纪末等事件发生的前后都有温度剧烈变化、海洋酸化和缺氧、海洋微生物爆发等现象出现,所有这些都说明剧烈的气候环境变化是导致生物大灭绝发生的原因。其幕后黑手大多指向地球内部的活动造成的大规模火山喷发,即便是白垩纪末生物大灭绝事件,越来越多的研究表明德干玄武岩的喷发与大灭绝的密切时间联系。大规模火山喷发带来的CO2等温室气体本身不足以造成地质记录所表现的碳同位素、温度等变化幅度,但火山作用可以触发蕴藏在各大陆和大陆架沉积物中的大量甲烷等温室气体在短时间内快速释放,这些温室气体大量进入大气,可导致地表环境剧烈变化,从而造成生物大灭绝,因此,触发全球气候和环境剧变的机制成为整个生物圈崩溃乃至毁灭的最大威胁。

      尽管对地质历史时期五次生物大灭绝的研究总体表明与大规模火山喷发相关的环境剧变是主要的原因,但这五次生物大灭绝的模式、生态效应,火山喷发、环境恶化与生物大灭绝之间的时间关系等远还没有研究清楚,而要真正解答这些问题则需要精准的化石分类学基础、高精度的时间框架以及多种地球化学指标相结合的环境背景等综合研究才能得出比较合理的结论。

      该项研究得到了国家自然科学基金和中国科学院战略性先导科技专项的资助。

原文:

沈树忠, 张华. 什么引起五次生物大灭绝? 科学通报, 2017, 62: 1119–1135.

http://engine.scichina.com/publisher/scp/journal/CSB/62/11/10.1360/N972017-00013?slug=full text

http://blog.sciencenet.cn/blog-528739-1053171.html




https://blog.sciencenet.cn/blog-2277-1314220.html

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