二叠纪末生命大灭绝的原因

新解

“二叠纪末生命大灭绝的研究是非常具有挑战性的，我想关于大灭绝的每一种观点都有一定的积极意义，可以提供一种新的模式、观点启发同行们去验证与批判，从而推动科学的发展。”沈教授表示。

“虽然前人已经做了大量卓有成就的工作，但我们首次分析了与大灭绝有关层位的多种硫同位素组成，着重探讨大灭绝之前生物物种减少的原因以及它们和大灭绝的关系，这是前人很少甚至没有涉及的，从而给大灭绝的成因提供了一个新的思路。”

发现硫同位素异常

“我们精确测定了地质剖面岩石中的黄铁矿（一种含硫的矿物，化学分子式是：FeS2）的多种硫同位素组成（32S, 33S, 34S, 36S）。我们知道，海水中有硫酸盐（SO42-）,硫酸盐还原细菌可以将硫酸盐还原从而产生H2S (一种闻似臭鸡蛋的气体)，H2S随后与铁发生化学反应生成黄铁矿。因此，硫同位素的组成主要受硫酸盐还原条件以及海洋环境的控制。根据微生物及化学实验的结果，黄铁矿的硫同位素组成范围大致是一定的。但是从浙江煤山剖面测定的某些硫同位素值与理论的‘推测值’不相符合，并且这种现象每隔一段时间就会出现一次，我们就称它为硫同位素阶段性异常。”沈教授说。

异常缘于深部海水上涌

那么，产生硫同位素异常的直接的原因是当时的海洋化学条件？沈教授的回答是肯定的：“来自世界诸多地区如华南、丹麦、日本、加拿大等的地质记录与地球化学资料表明，二叠纪末的海洋与现代全部富含氧气的海洋是不同的，当时的海洋是分层的，即海洋的浅部海水是富含氧气的，而深部海水是缺少氧气的。根据同位素地球化学原理，无论是浅水条件下生成的黄铁矿还是深水环境下生成的黄铁矿都不能够产生我们所观察到的‘异常现象’。但是只有在深部缺少氧气的海水上涌到浅部的特殊条件下，才能够产生我们所观察到的硫同位素异常值。这个解释也得到了我们模拟计算的验证。换句话说，硫同位素值的异常说明了当时深部海水的上涌。”

有毒气体上涌导致大灭绝

“深部海水携带着海洋深处大量的有毒气体一起涌上，这对于浅海及陆地上的生物而言将会是一个毁灭性的打击。”沈教授解释说，“我们谈到海水中的有毒气体主要包括二氧化碳、硫化氢等。浅部海水由于富含氧气，硫酸盐还原作用不能在水体中发生。只有在缺少氧气的海洋条件下，硫酸盐还原细菌才能够将海水中的硫酸盐还原产生二氧化碳以及臭鸡蛋一样味道的硫化氢，从而使得深部海水中富集这些气体。现代的‘黑海’是 ‘硫化海洋’的典型代表之一。现代‘黑海’的水体深度大于2000米，在大约200米以上是富含氧气的，而在200米之下则缺少氧气，海水中的硫酸盐还原作用使‘黑海’深部水体中富集硫化氢。”

“受海水表面的风力所驱动，以及海水中有机质的产生与搬运、海洋的循环方式等诸多因素的影响，深部海水发生了上涌，大量的二氧化碳和硫化氢被释放到浅部海水和空气中，从而导致了大量生物的灭绝。”

启示

二氧化碳升高可能导致海洋缺氧

“研究二叠纪末的生物大灭绝对于我们现代环境有重要的启示意义。”沈教授提醒说，“在特定的条件下，二氧化碳的升高可能导致海洋缺氧，进而危害人类的生存环境。二氧化碳不断升高的本身不会造成海洋的缺氧，但在极端的情况下，由此产生的后果是有科学依据的。”

“首先我们要知道现代大洋是如何氧化的？海水中氧气含量随温度升高而降低，极地地区由于温度低，水体的含氧量高。因为比重的区别，高含氧量的极地海水向赤道运输，因此将氧气输送到低纬度地区，由此氧化整个海洋。这些都可以通过人类卫星观察到。如果二氧化碳不断升高呢？二氧化碳是一种重要的温室气体，因此它的不断升高极有可能会导致温度升高。做一个极端的假设，极地温度升高，从而导致极地海水中含氧量降低，那么极地海水向低纬度地区输送的氧气会减少，导致厌氧。从而很有可能导致习惯了充足氧气的海洋生物的灭绝，进一步对海洋生态乃至整个人类产生重大的影响。”

采访的最后，沈教授强调说，“尽管我们希望通过我们的工作来更好的服务于现代的环境，但我们不可能准确预测现代海洋如何变化，影响因素可能成千上万，如同最开始所说，我们只是提供一个思路，探索一个新的方向。”  （文·实习生 周英）