在已知地球歷史上，共發(fā)生過(guò)5次全球性的大規(guī)模集群滅絕事件，發(fā)生在4億多年前奧陶紀(jì)末的生物大滅絕是其中第一次。這次生物大滅絕持續(xù)了多長(zhǎng)時(shí)間?1月6日，記者從中科院南京地質(zhì)古生物研究所獲悉，一個(gè)由中國(guó)、澳大利亞、美國(guó)等多國(guó)古生物學(xué)者組成的研究團(tuán)隊(duì)新近發(fā)現(xiàn)，地球史上首次生物大滅絕事件僅發(fā)生在短短20萬(wàn)年之間。相關(guān)研究成果已發(fā)表在《固體地球科學(xué)》上，在學(xué)界引起關(guān)注。

八年探索攻克科學(xué)難題

奧陶紀(jì)末的生物大滅絕重創(chuàng)了海洋生態(tài)系統(tǒng)，導(dǎo)致當(dāng)時(shí)85%的海洋生物物種滅絕。科學(xué)界普遍認(rèn)為，此次生物大滅絕與冰川作用有關(guān)，但其持續(xù)時(shí)間、過(guò)程和具體發(fā)生機(jī)制等，一直沒(méi)有定論。

此次，科研團(tuán)隊(duì)歷時(shí)8年探索，在我國(guó)華南考察了百余條奧陶系—志留系界線剖面。此次研究的主要組織者之一、中科院南京地質(zhì)古生物研究所研究員詹仁斌告訴記者，在奧陶紀(jì)，如今的華南地區(qū)大多數(shù)處在深水區(qū)，形成了大量黑色頁(yè)巖，冰川影響的變化并不明顯，給研究帶來(lái)了很大的障礙。

但在云南永善縣，研究人員發(fā)現(xiàn)了一段連續(xù)完整的、出露良好的奧陶系—志留系界線剖面。“這段剖面黑色頁(yè)巖和灰?guī)r相互夾層，地質(zhì)學(xué)上一般認(rèn)為，黑色頁(yè)巖在深水中形成，而灰?guī)r則在淺水中才能沉積下來(lái)。因此，這個(gè)地方記錄了當(dāng)時(shí)此地水位深淺的變化，完整保留了首次生物大滅絕期間的化石沉積物記錄。”詹仁斌說(shuō)。

更令研究人員欣喜的是，在這段24.3米的夾層剖面內(nèi)，還保存了23層斑脫巖。詹仁斌介紹，斑脫巖由火山灰沉積而成，包含火山鋯石這種特殊礦物，其中的放射性同位素鈾會(huì)衰變成鉛。“通過(guò)檢測(cè)其中的衰變程度，我們就可以推算出具體的時(shí)間。”

以這些時(shí)間為基礎(chǔ)，在詳細(xì)沉積學(xué)研究的基礎(chǔ)上，研究人員首次結(jié)合不同巖性的沉積速率差異，最終發(fā)現(xiàn)，奧陶紀(jì)末的這次大滅絕，發(fā)生在4.431億年前到4.429億年前的20萬(wàn)年間。

冰川作用引發(fā)生物滅絕

詹仁斌告訴記者，發(fā)生在奧陶紀(jì)末的這次生物大滅絕的原因和其他時(shí)代相比有很大差異。歷史上，地球曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)多次大冰期，例如石炭紀(jì)冰期、第四紀(jì)冰期等，這些時(shí)期的冰川規(guī)模并不比奧陶紀(jì)末的規(guī)模小，但均沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)生物大滅絕的情況。

國(guó)際同行研究認(rèn)為，奧陶紀(jì)末的冰期造成的冰蓋規(guī)模達(dá)到1.5億立方千米，大約是今天地球南極和北極冰蓋總和的6倍以上。如此大規(guī)模的冰蓋導(dǎo)致全球海平面急速下降100-150米，絕大部分海洋生物遭受了“滅頂之災(zāi)”，許多門以內(nèi)的生物類群滅絕并最終被新的類群取代，寒武紀(jì)生命大爆發(fā)以來(lái)的地球生物遭遇了第一次大劫難。

“20萬(wàn)年在地質(zhì)史上不過(guò)短短一瞬。但這次大滅絕重創(chuàng)了海洋生態(tài)系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)85%的海洋生物因?yàn)閬?lái)不及遷移或沒(méi)辦法適應(yīng)新的生存環(huán)境而滅絕，原有的生物群落結(jié)構(gòu)瓦解。”詹仁斌說(shuō)。

同時(shí)，詹仁斌認(rèn)為，像這樣的生物大滅絕事件在地球上發(fā)生過(guò)數(shù)次，是自然界發(fā)展的規(guī)律。“雖然滅絕了一部分生物，但另一批新生物又將重新繁盛。地球上出現(xiàn)過(guò)5次大滅絕，每一次大滅絕后生物的繁盛度都遠(yuǎn)超從前。”

為研究大滅絕成因和發(fā)生機(jī)制提供重要依據(jù)

對(duì)于這次大滅絕的過(guò)程與機(jī)制，一直存在比較大的爭(zhēng)議，其中一個(gè)重要原因就是，與大滅絕相關(guān)的地層層位雖然有比較精確的生物地層控制，但長(zhǎng)期以來(lái)一直缺乏高精度年代學(xué)限定，從而制約了對(duì)奧陶紀(jì)末生物大滅絕時(shí)限和機(jī)制的解讀。

相較其他時(shí)代來(lái)說(shuō)，奧陶紀(jì)的沉積比較特殊。在奧陶紀(jì)時(shí)期，有效的火山灰記錄十分有限，因此難以劃分其中的具體時(shí)代，目前為止，國(guó)際上較為公認(rèn)的參考年齡由數(shù)學(xué)模型計(jì)算得來(lái)，并非是根據(jù)火山灰測(cè)量出來(lái)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

此次研究，團(tuán)隊(duì)總共測(cè)量了23層斑脫巖，最終得出4層有效數(shù)據(jù)，為奧陶紀(jì)具體時(shí)代的研究提供了更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐。

同時(shí)，此次的測(cè)量數(shù)據(jù)與奧陶紀(jì)和志留紀(jì)的時(shí)間界限非常接近，在野外地層僅相差1米左右的距離，給出了這兩個(gè)時(shí)代界限迄今為止最準(zhǔn)確的一個(gè)估算值，即距今約442.67±0.24百萬(wàn)年。

這一成果，為人類精確研究奧陶紀(jì)末生物大滅絕的成因和發(fā)生機(jī)制提供了重要依據(jù)，同時(shí)也為相關(guān)地質(zhì)年代的劃分提供了新的標(biāo)尺。