6亿年间,5次生物大灭绝中的3次均与大规模火山爆发有重要关联。
很多年以前,人们发现恐龙灭绝的时间与印度德干高原大规模的洪流玄武岩喷发,即火山作用的年代几乎一致,于是就有了“生物灭绝起因于洪流玄武岩喷发”的说法。
据最新一期的《自然》杂志报道,大规模岩浆喷发导致2.5亿年前的物种灭绝,而大规模岩浆喷发是由地球穿过高密度星际云层引起的,太阳系每6万年便经历一次这样的考验。
2.5亿年前的二叠纪末期,85%的海洋生物和70%的陆地生物灭绝,生物死亡数量相当于6500万年前白垩纪恐龙灭绝数的3倍。地理学家现已证明,2.5亿年前的西伯利亚的岩浆喷发是导致大规模物种灭绝的主要原因。“两者之间肯定存在着某种关联,”英国累斯特大学的安德鲁·桑德说,“我们知道岩浆规模很大,但是绝对没有想到有如此的规模。”从地球内部喷发的岩浆中含有大量的二氧化硫、二氧化碳和氯化氢气体。这些气体进入大气后,环境和气候条件发生巨大的变化。火山灰和含硫气体能够悬浮在空中,阻挡太阳光到达地球,因此地球气温开始下降,生态系统的平衡遭到破坏,许多物种从此消失。
1995-2年间,美国加州大学伯克利分校的伦尼与麻省理工学院的波林,分别利用同位素测定年代法,分析了我国浙江煤山地区二叠纪末地层的火山物质以及西伯利亚洪流玄武岩喷发的年代,发现两个事件几乎同时发生在2.5亿年前左右的100万年内,因此他们推论,此次生物大灭绝是由西伯利亚大规模火山爆发所致。与此同时,我国西南部峨眉山也发生过大规模喷发,这表明当时地球表面有多个火山同时大规模喷发,从而引发了二叠纪末的生物大灭绝。
1999年,哥伦比亚大学的欧尔森也在《科学》杂志发表过类似文章,报告二叠纪末生物灭绝与广布欧洲西部、美洲东岸与非洲西缘的玄武岩喷发有着相当程度的关联性,不但年代十分接近,规模也与西伯利亚火山的喷发相当。
那么,导致生物大灭绝的主要原因,是大规模火山喷发还是行星撞击地球呢?导致大规模岩浆喷发的诱因又是什么?德国波恩天体物理和宇宙研究所的汉斯·法尔指出,太阳系在围绕银河系中心旋转时,必然要穿过高密度的星际云层,频率为每6万年1次,而高密度的星际云层破坏了太阳风的正常喷射。太阳风可以保护地球免受宇宙射线的照射。如果太阳风减弱,宇宙射线将穿过大气与空气中的分子碰撞,形成带电碎片。带电碎片逐渐变大形成小云块,然后便出现上面的情形:全球气温急剧下降,海水减少,冰山增多,物种灭绝。
一方面,地球每时每刻都有可能受到陨石的撞击,这些陨石除了会将地球砸得“千疮百孔”,还会引起大范围的火灾,而且可能带来一定程度的辐射与波击,导致地球变形或海面升降变化。此外,陨石碎片接近大气层时燃烧爆炸形成的灰烬,也会漫布大气层,带来大量的外层空间物质,包括铱与富勒烯等地球上稀少的固态物质,或是二氧化碳、二氧化硫等气态物质,进而影响太阳的辐射作用,产生温室效应,使大气层与水圈产生变化,威胁生物的生存,甚至导致生物灭绝。
另一方面,洪流玄武岩在短时间内的大规模喷发,会导致大量灰烬与二氧化碳、硫化物等气体进入大气层与水圈,造成全球性气候与海水成分变化,产生温室效应,造成大规模冰山溶解,进而导致海面上升,大幅缩小陆生动植物的生存空间。
印度德干玄武岩洪流在100万~200万年内喷发了约260万立方千米的火山物质,其暖化的结果与火山所带来的热流,使得储藏于岩层中的甲烷大量释出,而氧化作用又加速了大气层中二氧化碳的富集。同时,随后发生的冰期也会造成反向的大幅度海退作用,恶化海洋生物赖以生存的环境。而大量火山灰烬飘浮于大气层中,阻绝了太阳的辐射作用,同样不利于生物的生存。
显然,大规模洪流玄武岩的火山喷发与星球撞击事件,都足以造成全球性的巨大环境改变,从而导致生物灭绝。当然,这两者还是有所不同的,人们曾怀疑,短时间之内,即约在数十到数百万年间发生的火山喷发毕竟具有地域性,是否真能产生全球性环境变迁与生物灭绝,仍是值得推敲的。相对而言,星球撞击似乎难以解释海底生物的大规模灭绝。
美国斯克里普斯海洋学研究所贝克博士认为,岩石中的富勒烯与其中蕴藏的外来气体可能是陨石撞击地球燃烧后留下的证据。而加州理工学院的法利使用同一种方法分析,并没有发现富勒烯与惰性气体等任何来自外层空间的物质;日本东京大学的矶崎行雄也认为,贝克分析的标本并不是出自于二叠纪末的界面地层,而是采自界面下方数米的地层。果真如此?二叠纪末即使有星球撞击,发生的时间也应早于生物灭绝。
另外,美国莱斯大学的海曼也曾发表富勒烯在地球会出现的事实。果真如此,二叠纪末生物灭绝是否起因于星球撞击,仍有待进一步的科学验证。
审视已知的科学证据,可能造成生物灭绝的两大事件,似乎都还不足以完整解释所有现象。就已知的5大灭绝事件而言,其中有2项似乎与火山作用有关,但白垩纪末恐龙灭绝的同时,却与大型星体撞击有密切关系。星球撞击似乎较能解释生物大规模、短时间内灭绝的原因,但不能解释为何许多已知的大型撞击事件却没有造成生物灭绝。
举例说,80万年前,目前已知最大范围的澳亚陨石事件发生,形成多座陨石撞击坑,广达地球表面积的1/10.该事件除了影响到中国广西地区的新石器时代人类,并造成大面积森林大火外,似乎并未导致生物大灭绝。据统计,平均每50万年地球就可能受到直径超过一公里的星体撞击。
因此,生物的灭绝究竟是星球撞击,还是大规模火山爆发引发的结果,这仍是一个未解的重要科学之谜。
生物大灭绝一直是地球发展史上一个争论不休的话题,究竟是什么原因导致了生物一次又一次的灭顶之灾?对那个遥远年代发生的事情,人们至今所知甚微。