白堊紀末生物大滅絕

2024年2月8日發(作者：和諧民主)

化石揭秘化石新知

白堊紀末生物大滅絕馮偉民距今6600萬年前發生的白堊紀末生物大滅絕，導致了中生代海陸空霸主，如空中霸主翼龍、陸上霸主恐龍和海里霸主魚龍等悉數退出演化舞臺，爬行動物開創的盛世偉業就此落下了帷幕。白堊紀末生物大滅絕包括了非鳥恐龍的滅絕，因而成為公眾最著名和了解的滅絕事件，也是科學家一直以來高度關注和持續開展研究的事件。在歷次顯生宙大滅絕事件研究中，白堊紀末生物大滅絕的假說最多，其中許多探究對現實而言也有著重大的啟示和借鑒意義。大滅絕前的生態環境及生物群面貌白堊紀根據地層、生物群等特征，可以清楚地劃分為早期和晚期。早期時限4500萬年（即距今1.45億年至1億年間），它基本上繼承了晚侏羅世的特征，即全球聯合古陸進一步解體，此時，大西洋進一步擴大，印度板塊阿拉伯板塊等開始與岡瓦納大陸分開；白堊紀初，太平洋洋底爆發有史以來規模最大、烈度最強的巖漿噴發，覆蓋了地球千分之四面積，形成了許多巨型海底高原，烘托起海面大幅度上升，比現代海平面高出200多米，各大陸分離加劇。由于大西洋形成過程中大洋洋中脊和太平洋海底巖漿大規模噴發，使得大氣二氧化碳濃度急劇上升，是當今大氣二氧化碳的4-8倍。強烈的溫室效應使地球氣溫比現在高平均6度，使當時地球兩極冰川消失。大陸巖漿活動劇烈，巖漿侵入多，火山噴發頻繁，但氣候比較溫暖潮濕，適合生物的繁衍與生長。植物界仍是裸子植物統治的天下，它們有松柏類、蘇鐵類、本內蘇鐵類、銀杏類等；不過被子植物也開始出現了，所以地球上到處是郁郁蔥蔥。河湖中無脊椎動物的腹足類、雙殼類、葉肢介、介形類，脊椎動物的魚類、鱷類等都很繁盛。陸上脊椎動物的蛇、烏龜、小型蜥蜴、大型蜥腳類草食恐龍和獸腳類的肉食恐龍多樣，尤其是霸王龍橫空出世，恐龍家族獨霸天下。鳥臂目的恐龍如甲龍類、角龍類、腫頭龍類、鴨嘴龍類等悉數登場。空中的翼龍仍占統治地位，但早期鳥類——反鳥類已發展起來了，昆蟲繁盛；海洋中無脊椎動物的菊石類、箭石類、腹足類、雙殼類、珊瑚類、苔蘚蟲類、有孔蟲類、海膽類，仍較繁盛；海生爬行動物，如魚龍、蛇頸龍及各種魚類也很豐富，所以整個生物界仍呈現一派繁榮的景象。但到了白堊紀晚期（時限3400萬年，即距今1億年至6600萬年間），地球生態環境發生很大變化，由于長期火山噴發，空氣污染較重、氣溫升高、加上發生全球大規模的海退，陸地迅速擴大，從而導致全球氣候變得越來越干旱、越來越炎熱，使得生態環境開始惡化，許多適于潮濕環境的裸子植物開始衰落，雖然被子植物能適應干旱、炎熱氣候，但它們數量少，不占統治地位，所以地球上的植被范圍迅速縮小，植被少，沉積物中有機質就少，加上氣候干旱，所以就形成了大片紅色地層及厚厚的蒸發巖（如石膏、巖鹽）及鈣質層，我國北方和南方當時就分布著大片紅16化 石2022年

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白堊紀末生物大滅絕色地層，植被大量減少。因此，晚白堊世地球環境朝著不利于生物演化的方向變化。非常慘烈的大滅絕白堊紀末生物大滅絕盡管不是顯生宙歷次大滅絕中規模最大和影響最為深遠的，但仍是一場極為慘烈的大滅絕。當時許多目、科級單元的生物全部滅絕了，如脊椎動物亞門中的爬行綱翼龍目、恐龍類的蜥臀目和鳥臀目，海生的蜥鰭目的幻龍類和蛇頸龍類、楯齒龍目、魚龍目中的有些魚龍類，這些當時地球生物界的霸主全都滅絕了，這確實是極其驚人的事件。除此以外，還有大量海生軟骨魚類和硬骨魚類也滅絕了，據統計，當時的脊椎動物超過一大半都從地球上消失了。但是，當時陸地爬行動物中的蛇、蜥蜴、烏龜、鱷魚等類群和哺乳動物綱中的單孔目的鴨嘴獸（卵生哺乳類）、有袋類（如負鼠）以及最早期有胎盤類（如食蟲目）等類群，都躲過大災難，殘留了下來。海生無脊椎動物中的菊石類在大滅絕前有34個屬，在大滅絕中全部消失了，滅絕率竟達到100%，箭石類只有4個屬，也全滅絕了，其余的雖未全部滅絕，但滅絕率也是比較高的，如海綿動物有261個屬，就滅絕了160個屬，僅剩101個屬，滅絕率也高達61%，還有珊瑚、有孔蟲，等等。顯然，海生無脊椎動物在大滅絕中有超過一半的屬滅絕了，僅有47%殘存下來。陸生植物在大滅絕中當然也未能幸免，其中裸子植物的本內蘇鐵類植物全部滅絕了，只有蘇鐵類、銀杏類植物少數幸存下來。不過裸子植物經此大滅絕后，從此一蹶不振，很快從植物界的霸主地位上跌落下來。被子植物在白堊紀早期就開始興起，盡管其數量還遠不能與裸子植物相比，但像山毛櫸、榕樹、木蘭、楓樹、櫟樹、楊樹、樟樹、胡桃樹和懸鈴木等，雖受到大滅絕的摧殘，卻有許多屬種都存活下來，并為大滅絕后的大發展奠定了基礎。大滅絕的原因經歷了這場大滅絕的浩劫，地球歷史上霸主地位最為顯赫，形象最為高大威猛的爬行動化 石2022年

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物大都消失了，廣袤的天空再無翼龍飛翔的蹤160倍；在這段很薄的地層中還發現了由于撞擊形成的高溫而使地層中的石英形成了玻璃微球粒和沖擊石英，以及有機碳形成的碳質小球、黏土巖形成的透長石微球粒。在南美洲的海地，在銥異常之下還發現有由沖擊形成的半米厚濺射層和界線處的由高溫形成的變質礦物；美國航天局通過衛星遙感技術在墨西哥灣的尤卡坦半島發現地下1公里深處有直徑60公里的圓形構造，內有白堊紀晚期海相地層，外圍還有直徑近180公里的環形構造。科學家判斷這一構造應為隕星撞擊地球時遺留下的撞擊坑。誠然，隕星撞擊說可以解釋它是如何造成了距今6600萬年地球上大批生物在短時間內的突然滅絕。但它卻很難解釋以下幾種現象。例如，大滅絕之前的幾十至上百萬年間，為何已有大批生物遭到滅絕？如許多恐龍在大滅絕前早已滅絕了；再如，在恐龍最繁盛的侏羅紀，恐龍蛋化石很少被發現，而在恐龍大滅絕之前的幾十萬、百萬、甚至千萬年間卻可以找到成千上萬一窩窩沒有孵化的恐龍蛋；再者，在一些地方大批恐龍埋藏層是出現含銥異常的地層之下的1米或幾米處的地層中，也就是在爆炸之前就已滅絕了，等等。顯然，白堊紀末大滅絕還需要其他假說來解釋。科學家很早就開始研究白堊紀火山活動，發現白堊紀時期是全球火山最大規模、頻繁噴發的時期，不僅有海底火山噴發，也有陸地火山噴發。火山影響了海水的熱平衡，進而引起陸地氣候的變化，從而影響了需要大量食物維持生存的恐龍等生物。伴隨噴發出大量二氧化碳（CO2），從而產生溫室效應，引起溫度災難性地上升，如白堊紀末的火山大噴發，就使當時的氣溫升高10℃；另外，二氧化碳大量溶于海水，使海水水體PH值下降，形成了碳酸鈣不能沉淀的環境，從而抑制了鈣質浮游生物的生存，甚至導致生物大滅絕；而酸性火山噴發時由于巖漿黏度大，噴發力強，因而會產生大量粉塵和毒物，類似小天體撞擊地球的效應，包括遮天蔽日，氣候變冷頻繁跡，地上和海里殘存的只是那些“丑陋”無比，大都只能貼附地表爬行或游移的家伙。那么，是什么原因導致了這一可悲的結局呢？白堊紀末的生物大滅絕很早就被注意了。在1812年法國學者居維葉就據此提出了“災變論”，認為地球上的生命進程中曾多次被可怕的事件所打斷，大多數的這種災變是突然的。當然這一理論在當時遭到很多人反對。從那時至今已近200年了，爭論也由是否存在大滅絕到引起大滅絕的原因是什么？前者已無人懷疑了，地球確實存在過大滅絕事件；而后者至今還在爭論，如恐龍大滅絕的原因，其假說就有近百種。滅絕原因多樣在眾多假說中，最引人注目的假說無疑是近來越來越熱的隕星撞擊說。這一假說是1970年由馬克拉倫首先提出的，但由于證據不多，未引起人們的矚目。1980年美國科學家諾貝爾獎獲得者阿爾瓦雷茲等人在意大利等地白堊系頂部黏土層中發現了高含量的銥（Ir），從而有力地支持了這一學說。因為地球上的銥含量在地殼和沉積物中極少，但在天體中銥含量卻很高。因而黏土層中的銥應是天體隕星撞擊地球時帶來的，而撞擊造成大量粉塵被拋至天空，遮天蔽日，氣溫驟降，植物枯萎，最后導致恐龍難以生存，終于滅絕了。阿爾瓦雷茲等人的發現在科學界產生了極大震動，探究地球史上生物大滅絕成為了科學界一大熱點。后來，提出的顯生宙五次生物大滅絕事件，使大滅絕研究熱潮持續至今，研究成果不斷涌現。白堊紀末隕星大撞擊之所以越來越多地被人們所接受，其原因在于不斷有新的證據被發現，例如，銥元素異常在全世界已發現有3000多處，這包括海地、丹麥、奧地利、德國、意大利、西班牙、中國、印度、南美洲、新西蘭、加拿大、美國等，在白堊紀末薄薄的地層中都發現了異常高的銥含量，在丹麥，其銥含量竟比其它地層高出18化 石2022年

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恐龍蛋化石等效應，污染了大氣和海洋，從而導致大量生物死亡。法國古生物學家經過大量研究，發現白堊紀地球氣候變化強烈，認為白堊紀晚期，全球海平面下降，海水從歐洲大部分地區撤出，整整退了幾千公里。還有整個北非、撒哈拉大沙漠區、中東和南美洲西部也發生大規模海退，從而形成大陸性氣候，使氣候變熱、變干，因而導致植物大量減少，極大影響了恐龍的繁盛。我國科學家趙資奎通過恐龍蛋研究提出了恐龍繁殖受挫假說。他發現這一時期的恐龍蛋的許多蛋殼變薄，而有的蛋殼又過厚，或胚胎發育不全，導致許許多多的蛋無法孵化出來。例如，在廣東南雄盆地有的地方高達75%的恐龍蛋沒有孵化，以至于恐龍蛋一窩窩完整地被遺留下來。中國臺灣地區學者在西峽考察研究時，認為蛋內可能曾有細菌繁殖。這些都說明由于當時環境惡化、食物匱乏、使得恐龍蛋發育不全，甚至不能受精，致使恐龍蛋無法孵化，使恐龍的繁殖嚴重受挫，導致恐龍家族急劇萎縮，最終滅絕。滅絕時間持久眾多假說表明，白堊紀末大滅絕原因非常復雜，隕星撞擊威力巨大，但只是最后一擊罷了。印度次大陸火山持續不斷和大規模地噴發了100多萬年，大量的火山物質堆積在德干高原地區，其體積幾乎相當于兩倍法國的領土上堆積了3000米厚的火山物質，真是令人驚嘆！在太平洋沿岸的日本及我國東部沿海，北自黑龍江，南至海南島，特別是浙江全省及部分福建地區，火山活動也很頻繁，長達上千萬年斷斷續續的火山噴發，使浙江全省堆積了巨厚火山巖系地層。在江蘇南部也有大量火山爆發，在南京鐵心橋一帶就有上千米厚的火山沉積物，足見其噴發時間之長、規模之大。縱觀地球的多次生物滅絕事件，都清楚地表明生態環境嚴重惡化才是造成生物滅絕的根本原因。雖然不同時期造成生態環境惡化的原因和強度等不盡相同，因此滅絕強度和延續時間也不同，但其惡果都是造成了生物界難以承受的災難，都需要經過非常漫長的殘留和復蘇過程，才能走上正常的演化之路。但事物的辯證法告訴我們，正是白堊紀末的生物大滅絕使得歷經磨難的生物界迎來了哺乳動物和被子植物的大發展，并誕生了我們人類，呈現了當今地球獨特的生物面貌。作者單位：中國科學院南京地質古生物研究所化 石2022年

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