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寒武纪三叶虫死因竟是遭遇“连环杀”

时间:2018-06-25 20:50:00

                  

  距今约4.97亿年的晚寒武纪发生了一次全球规模的碳同位素偏移事件,在200万—400万年期间,碳同位素偏移的幅度达6‰。伴随着这次碳同位素偏移,全球海洋中生活的三叶虫发生了种族灭绝。但碳同位素为何会发生偏移,偏移又为何会导致三叶虫消失,一直是过去30年研究争论的焦点。

  “主谋”:海洋缺氧

  近日,中国科技大学地球和空间科学学院沈延安教授团队在寒武纪三叶虫灭绝事件方面取得新进展。他们的研究成果发表在6月最新出版的国际权威地球科学期刊《地质学》上。

  采用新的研究思路,沈延安教授团队对寒武纪海洋浅水和深水沉积物分别进行了高精度的碳同位素测试。沈延安介绍说:“研究揭示了碳同位素的时、空变化特征以及晚寒武纪海洋浅水和深水存在的显著差异,有力证明了晚寒武纪海洋与现代大洋化学结构的不同。研究表明驱动晚寒武纪海洋碳同位素时、空变化的原因在于当时海洋的深部缺氧,而大规模的海洋缺氧直接导致了全球海洋中三叶虫的灭绝。”

  “同谋”:重金属上升

  但这里有一个疑点:虽然海水缺氧可以杀死一部分海洋生物,但毕竟还有很多生物生活在很浅的海域,通过与大气的氧交换,这里并不缺乏氧气,那么这些生物是怎么被杀死的?难道氧气“刽子手”还有别的同谋?

  最近的几项新研究发现了蛛丝马迹。现代工业将大量重金属排入大洋,无论是非必需元素还是过量的必需元素,都成为导致海洋生物畸变的隐形凶手,从微型浮游生物到大型鱼类无一幸免。

  但是4亿多年前的地球没有人类活动的干扰,这时的海洋还能富集重金属吗?答案是能,而且比现代海洋的重金属含量高得多。这些金属从何而来呢?其实它们一直都在。

  海洋刚刚诞生时,曾经充满了各种可溶的低价金属离子;但是数十亿年前光合作用生物的兴起,令海洋中增加了一个新成分——氧气。氧气和还原性低价金属是不共戴天的,经历几亿年的化学反应,铁、锰和几乎所有其他重金属离子都变成了不溶的氢氧化物沉淀下去,封印在海底。

  可是有一种情况可以打开封印,使这些金属重获自由,那就是缺氧。海水一旦缺氧,铁、锰氢氧化物被还原,各种金属以离子的形式被放归海水。它们跟随着洋流流经大洋的每一个角落,包括浅海浮游生物的栖息场所。这些高含量的重金属抑制了生物正常的生长与繁殖,深海环境与浅海生物灭绝之间的链条最终被搭建完毕。

  “帮凶”:硒下降

  硒,在所有动物及绝大多数植物的生命活动中都是不可或缺的必需微量元素,抗氧化酶和硒蛋白的构成都少不了硒元素。

  海水中硒的一大来源是陆地上的岩石风化。这些曾经被埋藏在海底的沉积岩,在漫长的地质过程中被抬升到陆地上接受风化,正常情况下高价态的硒离子在这一过程中得以释放。高价硒离子易溶于水,于是它们搭着河流的“顺风车”回到海洋中。

  但是寒武纪末,大气中的氧气含量随着海水中浮游植物的相继死亡而下降,在氧气不足的还原条件中,硒以低价态形式存在,这些低价硒不溶于水,自然也就很难重新进入海水中。海洋中的生物渴望摄入硒却不可得,这可能是包括三叶虫在内的海洋生物灭绝的另一个原因。
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