地球首次生物大灭绝持续时间仅20万年 演变速度比想象的要快的多

科研人员在云南永善县的奥陶系—志留系界线剖面考察。

中科院南京地质古生物研究所供图

进入显生宙以来，地球一共发生过5次全球性大规模集群灭绝事件。其中，发生在4亿多年前奥陶纪末的第一次生物大灭绝，其持续时间、过程和具体发生机制一直存在争论。

科技日报记者6日从中科院南京地质古生物研究所获悉，一个由中国、澳大利亚、美国等多国古生物学者组成的研究团队，揭开了这层神秘面纱。

他们发现，这次生物大灭绝事件，仅发生在短短20万年之间。这一成果，为人类精确研究大灭绝的成因和发生机制提供了重要线索。相关研究成果已于近日发表在国际期刊《固体地球科学》上。

冰川导致奥陶纪末生物大灭绝

奥陶纪是古生代的第二个纪，气候温和，浅海分布广泛，现今1/3的陆地被浅海覆盖，海平面比现在高出400米，是地球历史海侵最严重的时代。这一时期，海生生物空前发展，腕足动物、三叶虫、珊瑚、笔石等迅速演化，原始的脊椎动物开始出现，陆地上除了很低等的植物，没有任何动物生存。

4.49亿年前，地球进入奥陶纪晚期，正当所有生物悠哉生活的时候，显生宙第一次大冰期的出现，导致了生物大灭绝，其灭绝规模位居第二，仅次于2.5亿年前的二叠纪末生物大灭绝。

“奥陶纪晚期的冰期和生物大灭绝交织在一起。虽然奥陶纪后发生过多次大灭绝，但这些大灭绝事件都没有明显的冰期证据，而后面也发生过几次大冰期，也没有引发大规模灭绝。”此项研究主要组织者之一、中科院南京古生物研究所研究员詹仁斌认为，奥陶纪末生物大灭绝非常独特。

当时的海洋生物遭遇了灭顶之灾。“浅海生物对生活环境的要求相对较高，所以一旦环境发生突变，它们就难以适应，导致死亡。”詹仁斌说，像珊瑚、腕足动物、三叶虫等生物门类的多个类群几乎全军覆灭，这次大灭绝重创了海洋生态系统，导致当时85%的海洋生物物种灭绝。科学界普遍认为，导致这场灾难的罪魁祸首就是晚奥陶世的冰川事件。

灭绝速度比想象的要快很多

以往的定年技术不够，科学家们仅从化石着手研究，比较公认的说法是，在奥陶纪末的100万年以内，发生了这次大灭绝。

此次，中科院南京地质古生物研究所、广州地球化学研究所、澳大利亚国立大学以及美国加州大学伯克利分校科学家组成的研究团队，经过近8年努力，在我国华南考察了百余条奥陶系—志留系界线剖面，最终在我国云南永善县发现一个连续完整的奥陶系—志留系界线剖面。这段地层完整保留了首次生物大灭绝期间的化石沉积物记录，研究人员对其中保存的化石进行研究，并对岩层进行精确定年。

“云南永善县发现的剖面比较特殊，近25米厚的剖面里高度凝缩了不同岩性的岩层。这些岩层主要由页岩和石灰岩组成，页岩主要是深水和较深水的沉积物，保存了笔石等生活在水体表层的漂浮生物;石灰岩在相对较浅的环境下形成，带壳的底栖生物曾在此大量繁育。”詹仁斌认为，这两种岩石交替堆砌，意味着当时的海水深度发生了多次规律性变化，环境动荡。

有火山活动的地方往往就会有火山灰，火山灰中的锆石可用以测量地质年龄。课题组在剖面中发现了23层火山灰沉积，并在其中分析出大量锆石，经过严格筛选后测得其中四层火山灰的精确年龄。再利用国际通行的方法进行测算，最终发现，奥陶纪末的这次大灭绝，发生在4.431亿年前到4.429亿年前，将原本以为100万年的大灭绝时间间隔压缩至短短20万年。

从100万年压缩到20万年以内，奥陶纪末生物大灭绝发生的速率要比原先想象的要快得多。“这一时期形成了大规模冰盖，总规模达到1.5亿立方千米，是今天地球南极和北极冰盖总和的6倍以上。”詹仁斌说。

20万年，与人类的文明史相比是相当长的一段时间，但从地质历史角度来看不过短短一瞬。当时，全球海平面急速下降100至150米，气温下降6—8摄氏度，一系列的快速变化让海洋生物来不及适应新环境，最终对海洋生物造成了致命打击。