奥陶纪大灭绝(奥陶纪大灭绝的原因)

科学家提出奥陶纪末生命大灭绝新机制

火山喷发导致气候变化与物种灭绝

科技日报柏林12月5日电 (记者李山)近日，德国科学家领导的国际团队在研究大规模火山喷发对海洋化学的影响后认为，造成奥陶纪末生命大灭绝的原因可能是这个时期的强烈火山活动，其中火山灰带来的营养物质磷起到了关键作用。相关成果发表在12月2日刊发的《自然·地球科学》杂志上。

大约4.5亿年前的奥陶纪末期，地球急剧变冷，包括三叶虫在内的大约85%的海洋动物物种灭绝，这是地球过去5.4亿年中第二大生命灭绝事件。这次生命灭绝事件的驱动机制一直是地球科学领域的未解之谜。学界普遍认为，这次物种灭绝是由全球气候变冷造成的。但关于地球如何变冷，科学家们提出了各种假说，例如小行星撞地球；或者火山物质喷发至平流层，触发和驱动了当时的生命灭绝事件等。

此次，德国奥尔登堡大学地球化学家杰克·朗曼博士领导的团队，联合英国南安普敦大学、利兹大学和普利茅斯大学的研究人员，共同研究了大规模火山喷发对海洋化学的影响。他们提出了新的理论，即火山喷发物质在海洋中释放磷等营养物质，促进了藻类生物的生长，而海藻的繁殖和沉淀减少了大气中温室气体二氧化碳(CO2)的含量，从而降低了地球的温度。

朗曼博士说：“一种理论表明，海洋中磷的增加引发了全球变冷。磷是生命中的关键元素之一。它促进了藻类等小型海洋生物的生长。当这些生物死亡时，它们会沉积在海底。这样，藻类在其一生中摄取的碳逐渐被埋在沉积物中。海藻可帮助减少大气中CO2的含量，从而降低地球的温度。”

通常，剧烈的火山喷发会释放大量CO2并使地球变暖，因此，地球冷却必然是另一种机制。研究团队认为，火山喷发后的过程，例如火山岩的自然风化，以及火山岩在海中经历的快速化学变化，都会释放磷。为了验证这一假设，研究小组检查了海洋沉积物中更年轻的灰层，比较了岩石在与海水接触发生变化之前和之后的磷含量。

利用这些信息，朗曼博士的团队开发了一个模型，模拟了最重要的化学、生物和地质过程。研究人员随后确定了奥陶纪末期沉积在地球上的巨大灰烬层如何影响海洋化学、藻类生长和CO2吸收。根据研究结果，沉积的火山岩释放的磷足以引发一系列事件——从海洋肥沃、藻类生长增加、全球变冷和随后的结冰、海洋大部分地区的低氧水平到最终的大规模灭绝开始。

科学家们得出结论，大型火山喷发可在短时间内通过CO2排放使气候变暖，但它们也可以在数百万年的更长时期内引发全球变冷。由于巨大的火山爆发与地球历史上5个最大的灭绝事件中的3个同时发生，包括白垩纪末恐龙从地球上消失等。研究人员认为，他们的研究可能会导致重新审查关于其他大规模灭绝原因的理论。

来源： 科技日报

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地球演化史之奥陶纪为什么会发生物种大灭绝？过程和原因是什么？

距今6亿年－2.5亿年是地球起源与演化史的显生宙古生代，其实\"古生代\"可以理解为古老生命的时代。此时的海洋是海洋无脊椎动物空前繁盛的时代，上期维达讲述了古生代第一纪—寒武纪时代的地理环境和生物大爆发的产生及原因，但所谓物极必衰，今天维达继续来分享古生代的第二纪—奥陶纪古地质和气候环境，还有生物的演化以及晚期发生的奥陶纪物种大灭绝的过程和原因。

地质年代表（全面版）

奥陶纪（4.9—4.38亿年前）是显生宙古生代的第二个纪（原始的脊椎动物出现），延续了4200万年。奥陶纪（Ordovician）是英国地质学家拉普沃思于1879年以位于寒武纪与志留纪之间的北威尔士岩层所在地的古奥陶部族居住地命名，其中文名称源自日文汉字的音译。

奥陶纪时期的古地理—海侵严重，构造活动活跃

奥陶纪前中期陆地分布图

奥陶纪时，产生许多张裂的海盆使得古大陆劳伦西亚、波罗的、西伯利亚和冈瓦纳大陆分离开来，包括古大西洋(Iapetus Ocean)隔开了波罗的和西伯利亚大陆，后来古大西洋闭合时，形成了加里东山脉以及北阿巴拉契亚山脉。还有古地中海把冈瓦纳大陆从波罗的和西伯利亚大陆分隔了开来，而巨大的泛大洋则覆盖了当时大部分的北半球。

奥陶纪晚期陆地分布图，进入大冰期

奥陶纪是地球地质史上，陆地遭受海侵最广泛的时期之一，海平面比现在高出400米，现今三分之一的陆地都被浅海覆盖，是火山活动和地壳运动比较剧烈的时代，也是气候分异、冰川发育的时代。奥陶纪后期，各古陆上不少地区发生重大的构造变动、岩浆活动和热变质作用，使得这些活动区褶皱成为山系，在一定程度上改变了地壳构造和古地理轮廓。奥陶纪末期也发生过一次规模较大的冰期，其分布范围包括非洲（特别是北非）、南美的阿根廷和玻利维亚以及欧洲的西班牙和法国南部等地。

石林—奥陶纪喀斯特地貌遗留

奥陶纪时期的气候—从温暖过渡到严寒

奥陶纪早、中期继承了寒武纪温暖的气候，海侵广泛，温暖的海水把石灰岩和盐岩沉淀在冈瓦纳大陆的赤道地区(澳洲、印度、华北华南以及南极洲地块)；奥陶纪晚期则进入了一个大冰期。冈瓦纳大陆的西部发生了大规模的大陆冰盖和冰海沉积，冰原的厚度可达到3000米，覆盖了非洲北中部的大部分地区以及南美洲的亚马逊盆地地区。

按古地磁数据，奥陶纪南极应位于今北非的西北部，北极应位于南太平洋，陆地基本都处于南半球。这与非洲冰碛层的分布位于南极圈内的解释是吻合的。冈瓦纳大陆的东部仍处于赤道附近，北美、西伯利亚和中国华北地区有蒸发岩沉积，推测为干热气候环境，属于低纬度地区。由于晚奥陶世末期大冰期的存在，同时影响全球海平面的下降，并引起广泛的海退。

奥陶纪时期的生物演化—最早的鱼类出现

奥陶纪海洋霸主—直壳鹦鹉螺

奥陶纪是海生无脊椎动物真正达到繁盛的时期，其中以笔石、三叶虫、鹦鹉螺类和腕足类最为主要，其中鹦鹉螺进入鼎盛时期，大量食肉类鹦鹉螺出现，如直壳鹦鹉螺，身长可达6米以上，是继奇虾之后的第二个海洋世界霸主；该时期的三叶虫为了防御，在胸、尾部长出许多针刺，以避免食肉动物的袭击或吞食。当然也存在一种有史以来最大的节肢动物，体长达3.6米的板足鲎，板足鲎看上去像是一只巨大且没有尾钩的蝎子，是最古老的节肢动物之一，是直壳鹦鹉螺的竞争对手。

体长达3.6米的板足鲎

奥陶纪时期也是海生无脊椎动物发生明显的生态分异的时期。到了奥陶纪中期，北美落基山脉地区出现了原始脊椎动物异甲鱼类—星甲鱼和显褶鱼，在南半球的澳大利亚也出现了异甲鱼类，复体珊瑚开始大量出现，虽然较为原始，但已经能够构造小型礁体。

奥陶纪复体珊瑚化石

奥陶纪时期，陆地上没有任何动物和植物，所有动物都生活在海洋中，植物仍以海生藻类为主。

奥陶纪时期的第一次物种大灭绝

在距今4.4亿年前的奥陶纪末期，是地球演化史上第三大物种灭绝事件，约85%的物种灭亡，主要灭绝动物有：圆月形镰虫、彗星虫、原始生物等。至于为什么会发生奥陶纪生物大灭绝，古生物学家认为是由全球气候变冷造成的，而造成全球气候变冷的罪魁祸首就是伽马射线暴。

来自太空的毁灭—伽马射线暴

在4.49亿年前，距离地球6000光年以外的地方，一颗中子星与黑洞由于不明原因相撞，产生数束伽马射线暴，其中一束恰好击中地球。其实伽马射线击中地球的概率小于亿分之一，但就是这亿分之一，伽马射线穿透地球大气层，击散了气体分子，三分之一的臭氧层被击毁，地球大气变得四分五裂，太阳光中的紫外线直接穿透大气层，杀死了大量浮游生物，破坏了海洋食物链的基础，饥荒四处蔓延。同时伽马射线的辐射还杀死了大量珊瑚，破坏了海洋生物的栖息地。食物链崩溃，导致所有生物无法获得充足食物，死亡率猛增。

珊瑚大量死去无法提供海洋生物栖息地

伽马射线暴发生后的数十年，被击碎的气体分子重新组合，形成一种名为二氧化氮的有毒气体。二氧化氮构成的大气层遮住了太阳50%的阳光，导致地球气温开始迅速下降，海水温度由原来的25℃下降至10℃，一方面低温使得浮游生物的卵无法在低温中发育，加速了食物链的崩溃，导致物种数量大幅下降；另一方面低温导致超过10%的海水大量结冰，由于4.4亿年前陆地基本处于南半球，南极就在现撒哈拉所在的北非，陆地出现大量积冰，奥陶纪大冰期开始，引发广泛海退，海平面下降达100米，海洋生物再次失去大量栖息地，同时大范围的冰川使得洋流和大气环流变冷，原先温暖且富饶的沿海生物圈全部被破坏，85%的生物被灭绝。

现在的卷壳鹦鹉螺

作为奥陶纪海洋霸主的直壳鹦鹉螺，因为气候变化，海水搅动巨大，想去深海避难，但深海的高水压可以将直壳鹦鹉螺不坚固的外壳压碎，而倒是其近亲的卷壳鹦鹉螺因为有坚固的外壳和顽强的生命力，躲过了这次物种大灭绝。

奥陶纪末期，星甲鱼进化为棘鱼

灾难发生20万年后，奥陶纪晚期的冰川时代结束。但地球上的生命迹象几乎全部消失，原先生机勃勃的海洋变得死气沉沉，只剩下的浮游生物不断繁衍，逐渐修复着食物链。在这场席卷全球的浩劫中，直壳鹦鹉螺还是奇迹般地存活了下来，但发生了不良基因突变，体型缩小至2米，之前的竞争对手板足鲎在灾难之后迅速取代直壳鹦鹉螺的地位，成为志留纪的顶级掠食者。要说获益者还有一个，那就是星甲鱼，属于头甲鱼类，没有颌部，最早的脊椎动物之一，灾难之后星甲鱼进化成最早长有颌部的脊椎动物：棘鱼。

真可谓是沧海桑田，祸福易变，是非成败转头空，青山依旧在，进化方长红。下期维达说将为您继续讲解古生代第三纪—发生在志留纪的那些事儿。