生物大绝灭之谜

根据对生物化石的统计分析，动物主要门类的科数在显生宙的变化表现出几次大量生物绝灭。大绝灭的时期有五次，即晚奥陶世、晚泥盆世、晚二

叠世、晚三叠世和晚白垩世。所谓大绝灭是指生物绝灭率突然大幅度升高，各种生物门类、大量生物属种在全球范围、短暂地质时期（100 万～300 万年）内绝灭了。这种绝灭总量具有实质意义，导致陆地与海洋生物正常分异度的陡然下跌。这种生物绝灭事件重塑了生物发展的历程，变革了原有的生物进化模式，改变了生物界的分异度和古生物地理系统的格局。

生物大绝灭的证据

在晚奥陶世、晚泥盆世、晚二叠世、晚三叠世和晚白垩世以后，科绝灭数迅速降低。下面分别介绍不同门类生物的绝灭期。造礁生物的四次绝灭发生在晚奥陶世、晚泥盆世、晚二叠世和晚白垩世。头足类有两次绝灭，一次是杆石亚纲在晚二叠世绝灭，另一次是菊花石亚纲在晚白垩世绝灭。五次大绝灭的情况也有差别，在晚奥陶世，三叶虫的 60 个科的 2/3 消失，在晚二叠世，生物总科数减量为 52％，其中海生动物 50％的科绝灭，两栖类动物 75

％的科绝灭，爬行类动物 80％的科绝灭。在晚三叠世，海相无脊椎动物绝灭科数占总科数的约 10％。在晚白垩世，按种计 75％绝灭，按科计 52％绝灭，其中海洋生物的绝灭大于淡水生物。在晚白垩纪超微化石减少 98％，陆地上的爬行动物（如恐龙、鳄、蜥蜴等）大量死亡，海洋中的爬行类亦有绝灭，哺乳类有一半的属绝灭，高等植物有 1/3 绝灭。图 34 为恐龙、珊瑚、有孔虫和厚壳蛤四个动物属在中、新生代的波浪式起伏变化，它表明在白垩纪生物大量死亡。

生物大绝灭有这样一些特点：较低分类单位（科、属、种）绝灭的比重大于较高分类单位（门、纲、目），重复绝灭规模大小不等，绝灭时间尺度难于精确估计，与地球气候变化不完全同步。

有些研究者归纳了有关这些大绝灭的八个难题：历史大绝灭中全球生态系统为什么迅速瓦解？不同类别生物绝灭的起因是否相同？绝灭后的生物复苏及其生态系统重建是如何进行的？历次绝灭及复苏是渐变的还是突变的？绝灭与复苏是否存在选择性？历次绝灭与复苏是否有统一的模式？大绝灭是周期性的还是随机的？大绝灭能否预测？

图 34 动物四个重要门类的属数在中、新生代的变化

（据徐道一等，1983）

众说纷纭的追因

有关生物绝灭原因的分析，假说众多，可归结为两类：一类着重于地球环境的变化（地内成因）；另一类着重于地球外宇宙环境的变化（地外成因）。地内成因包括生物的（习性特殊化、食物营养）、气候的（区域气候变化、气温变化）、海洋的（盐度变化、海平面变化、有害金属影响）和地质的（造山影响海陆面积、火山爆发、地磁极性倒转）等。地外成因包括太阳系的（耀斑爆发、小行星撞击、彗星撞击）和银河系的（超新星爆发、高密度星云）。

几次古生物大绝灭的时限相对来说是短暂的，爆发性事件作为绝灭的起因受到许多研究者的重视。所以，超新星爆发、太阳耀斑、小行星撞击这些突发事件被讨论。

超新星爆发并非罕见，在宇宙中每年可观察到十几次，在银河系约 70

年一次，在约 1 亿年内可有一次距太阳数十光年的近距离超新星爆发。一颗超新星爆发，在数百天内释放的总能量达 10-47 焦耳，辐射波长集中在（0.7～ 8）×10-7 米，可使数十光年内的物质离化，并持续几十万年。如果在距离地球数十光年的范围内出现超新星爆发，地球上可接受到的紫外线强度可达10-4 焦耳/厘米 2·秒，比来自太阳的紫外线强几百倍。这样近距离的一颗超新星爆发，在 1 万年内其扩散壳可到达地球，使大气电离增强数倍，破坏臭氧层。臭氧层每减少 1％，紫外线透过率增强 2％。波长小于 3.1×10-7 米的紫外线能破坏 DNA 而导致细胞死亡。因而近距离超新星爆发可导致生物大量死亡。

太阳耀斑在数十分钟内释放 1023～1026 焦耳的高额能量，8 分钟年以光速行进的 X 射线首先到达地球，稍后而来的是紫外线，然后是质子，最后是低能的带电粒子，而且，在地史上可能发生过更强的耀斑爆发，甚至强于现在的百倍。太阳耀斑爆发可使海平面来自太阳的粒子流增加约 20 倍。太阳耀斑爆发的质子事件可在高磁纬的同温层中产生大量的一氧化氮。一氧化氮可与臭氧作用形成二氧化氮而消耗臭氧。一个一氧化氮分子在其消失前可使1000 个臭氧分子分解。臭氧层破坏导致大量紫外线无阻挡地到达地面，由于水也不是紫外线的好的屏蔽物，因而无论陆生还是水生生物都将遭受紫外线辐射的灭顶之灾，特别是在地磁极性倒转期，由于磁场屏蔽作用消失或大大减弱，因而太阳辐射直接射到地球表面。

小行星冲击地球的频数估计约为每百万年 3 次，所以在几十亿年的地质史中，碰撞频数是可观的，即使是在几千万年的尺度内也是不太低的。小行星碰撞地球的后果是，首先形成了大陨石坑，被粉碎的物质上抛可高达同温层，并且散布全球，在相当长的时期内影响气候变化、生物生长，乃至引起生物大量死亡。小行星碰撞导致大量生物死亡的原因估计主要是碰撞使地球温度增高。