揭开地球首次大灭绝背后的惊人秘密

Hirnantian鳃足类动物

加拿大魁北克省安提科斯提岛奥陶纪露头化石的详细图像。资料来源:André Desrochers,渥太华大学

一组研究人员发表了一项新的研究,探索晚奥陶世大灭绝的原因。

我们都知道恐龙在一次大灭绝中灭绝了。但你知道还有其他的物种大灭绝吗?有五次最重要的大规模灭绝,被称为“五大灭绝”,在特定的地质时期,整个地球上至少有四分之三的物种面临灭绝。随着目前全球变暖和气候变化的趋势,许多研究人员现在认为我们可能处于第六种状态。

发现地球大灭绝的根本原因一直是科学家们的热门话题,因为了解导致过去大多数物种灭绝的环境条件可能有助于防止类似事件在未来发生。

一组来自雪城大学地球与环境科学系的科学家加州大学伯克利分校加州大学河滨分校Université Bourgogne Franche-Comté、新墨西哥大学、渥太华大学、中国科技大学和斯坦福大学最近共同发表了一篇论文,探讨了奥陶纪晚期大灭绝(LOME),这是第一次,或者是“五大恐龙”中最古老的一个(大约4.45亿年前)。大约85%的海洋物种,其中大多数生活在靠近大陆的浅海,在那段时间消失了。

Hirnantian化石

加拿大魁北克省安提科斯提岛奥陶纪露头化石的详细图像。资料来源:André Desrochers,渥太华大学

来自加州大学河滨分校(UC Riverside)的亚历山大·波尔(Alexandre Pohl,现为法国第容市Université Bourgogne Franche-Comté的博士后研究员)和他的合著者调查了物种灭绝之前、期间和之后的海洋环境,以确定该事件是如何产生和触发的。他们的研究结果发表在杂志上 Nature Geoscience is a monthly peer-reviewed scientific journal published by the Nature Publishing Group that covers all aspects of the Earth sciences, including theoretical research, modeling, and fieldwork. Other related work is also published in fields that include atmospheric sciences, geology, geophysics, climatology, oceanography, paleontology, and space science. It was established in January 2008.

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为了描绘奥陶纪时期的海洋生态系统,加州大学伯克利分校的物种灭绝专家赛斯·芬尼根(Seth Finnegan)副教授说,海洋中充满了生物多样性。海洋中有一些最初由动物构成的珊瑚礁,但缺乏丰富的脊椎动物。

芬尼根说:“如果你在奥陶纪的海洋里浮潜,你会看到一些熟悉的物种,比如蛤蜊、蜗牛和海绵动物,但也有很多其他物种,比如三叶虫、腕足类和海百合,它们的多样性现在非常少,或者完全灭绝了。”

不像快速的物种大灭绝,比如白垩纪-第三纪灭绝事件,恐龙和其他物种在大约6550万年前突然灭绝,Finnegan说LOME发生了很长一段时间,估计在不到50万年到近200万年之间。

奥陶纪露头化石

加拿大魁北克省安提科斯提岛奥陶纪露头化石的详细图像。资料来源:André Desrochers,渥太华大学

围绕LOME的主要争论之一是,海水中缺氧是否导致了那个时期的大规模物种灭绝。为了研究这个问题,该团队将地球化学测试与数值模拟和计算机建模结合起来。

雪城大学(Syracuse University)地球与环境科学教授吕遵利(Zunli Lu)和他的学生测量了那个时期碳酸盐岩石中的碘浓度,对不同海洋深度的氧含量有重要发现。yabo2018体育下载碳酸盐岩中碘元素的浓度是地球历史上海洋氧气水平变化的一个指示器。

他们的数据与计算机模拟相结合,表明在大灭绝事件期间,大多数生物生活的浅海动物栖息地并没有缺氧强化的证据,这意味着晚奥陶世气候变冷和其他因素可能是LOME发生的原因。

气候模型专家Alexandre Pohl说,另一方面,有证据表明,在同一时期,深海中的缺氧现象扩大了,这是一个无法用经典的海洋氧气模型来解释的谜。

波尔说:“由于大气中的氧气优先溶解在冷水中,因此,对冷却做出反应的上层海洋氧化反应是预料之中的。”“然而,我们惊讶地发现海底的缺氧现象扩大了,因为在地球历史上,缺氧通常与火山引发的全球变暖有关。”

他们将深海缺氧归因于全球海洋的海水循环。波尔说,要记住的一个关键点是,海洋环流是气候系统的一个非常重要的组成部分。

他是加州大学河滨分校(UC Riverside)高级模型师安迪·里奇维尔(Andy Ridgwell)教授领导的团队的一员,他的计算机模拟结果显示,气候变冷可能改变了海洋环流模式,阻止了浅海富氧水向深海流动。

陆教授说,他们的研究发现,气候变冷也会导致海洋某些地区的氧气含量降低。

“几十年来,我们这一领域的主流观点是,全球变暖导致海洋失去氧气,从而影响海洋的宜居性,可能会破坏整个生态系统的稳定,”卢说。“近年来,越来越多的证据表明,在地球历史上,有几次氧气水平在气候变冷时也会下降。”

虽然奥陶纪晚期物种灭绝的原因还没有完全达成一致,而且在一段时间内也不会达成一致,但该团队的研究排除了氧化作用的变化作为这次物种灭绝的单一解释,并增加了新的数据,支持温度变化是LOME的杀死机制。

Pohl希望,随着更好的气候数据和更复杂的数值模型的出现,它们将能够提供可能导致晚奥陶世大灭绝的因素的更有力的代表。

参考文献:《晚奥陶世缺氧的垂直分离与海洋环流重组的关系》,Alexandre Pohl, Zunli Lu, Wanyi Lu, Richard G. Stockey, Maya Elrick, Menghan Li, André Desrochers, Yanan Shen, Ruliang He, Seth Finnegan and Andy Ridgwell, 2021年11月1日,自然地球科学
DOI: 10.1038 / s41561 - 021 - 00843 - 9