揭秘！2.5亿年前生命大灭绝是否存在顺序？“凶手”是谁？

距今约2.5亿年的二叠纪末期，地球上发生了最大规模的一次生命大灭绝事件，超过90%的海洋生物和70%的陆地生物消失。

科学家们一直在寻找消失的原因。

近日，中国科学技术大学沈延安教授课题组发表于国际学术期刊《地球与行星科学通讯》的最新研究结果认为，西伯利亚“超级火山”喷发出的大量二氧化硫形成的硫酸盐气溶胶，在全球范围内扩散和沉降所导致的气候和环境变化，可能是二叠纪末陆地生命大灭绝的主要原因。

记者就此采访了中国科学技术大学教授沈延安和课题组李梦涵博士。

“硫酸盐气溶胶”或是陆地生命大灭绝重要因素

为了探究二叠纪末陆地生命大灭绝之谜，沈延安课题组和美国康涅狄格大学地球科学系的同行开展合作，选取澳大利亚悉尼盆地二叠—三叠纪地层作为研究对象，共同进行多学科系统研究。

据介绍，研究团队对1000多米长的地下钻孔样品和相关地层进行了详细测量和多种数据分析，首先确定了陆地生物在悉尼盆地灭绝的层位和时间。

在此基础上，研究团队对钻孔样品中的黄铁矿开展了高精度硫（S）同位素测试。

研究发现，硫同位素在陆地生物灭绝期间发生了巨大波动，灭绝期间，硫同位素显著降低。

“这主要是由悉尼盆地湖水中的硫酸盐浓度急剧升高所导致，正常情况下，湖水中只含有微量硫酸盐。”李梦涵解释，火山喷发的二氧化硫和其它含硫气体直达平流层，也就是离地表大约10公里以上，在较短时间内即会形成硫酸盐气溶胶，随着平流层环流输送到全球各处。

而悉尼盆地湖水中硫酸盐浓度的升高则来自大气中硫酸盐气溶胶的沉降，源于西伯利亚“超级火山”喷发。

图中红线为悉尼盆地生物灭绝的层位。 沈延安教授供图

“红线代表了陆地生物的灭绝层位，可以看到，红线下面黑色的岩石是煤层，红线以上煤层消失，因为植物都灭绝了。”李梦涵介绍，煤层的消失是全球性的，它也是陆地生物灭绝的重要标志之一。

李梦涵还补充，硫酸盐气溶胶具有较强的反射太阳辐射的作用，因而可增加地球反照率而使地表温度降低。释放硫酸盐气溶胶也会形成“硫酸雨”腐蚀地表环境系统。扩散的硫酸盐气溶胶若与卤素发生反应，会使得臭氧层变薄，紫外线照射加剧，而使大量植物灭绝。

因此，课题组推断，硫酸盐气溶胶的全球扩散对当时地表环境造成了严重破坏，如地球表层气温间歇性地陡然下降、持续性的酸雨、臭氧层的变薄等，从而导致陆地生命大灭绝。

海洋生命大灭绝或因“含镍气溶胶”

传统观点认为，二叠纪末期，陆地和海洋生物几乎是同时灭绝，灭绝原因和机制相同。

而沈延安告诉记者，“越来越多的证据表明，海洋生物灭绝要比陆地生物灭绝晚大约20万年以上。”

2021年4月，沈延安教授课题组曾发表研究，含镍气溶胶是导致2.5亿年前二叠纪末生命大灭绝的罪魁祸首，而含镍气溶胶就是来自西伯利亚“超级火山”喷发。

“西伯利亚火山喷发时，火山将地下的含镍矿层喷发至平流层，形成含镍气溶胶，经大气环流的传输在全球范围内沉降。”李梦涵介绍说，“过量的镍限制植物光合和呼吸作用，造成海水缺氧和酸化，是导致海洋生物大量死亡的关键原因。”

那么，如何证明这一结论呢？

沈延安课题组以高精度镍（Ni）同位素分析为主要手段，选取加拿大北极地区的二叠—三叠纪地层进行了系统研究。

“我们研究的地点是加拿大北极地区的斯沃德鲁普盆地，盆地当时位于西伯利亚火山的下风口。火山喷发的产物大约只需要4—8天就可以到达该盆地，因此它是研究二叠纪末火山喷发如何驱动环境变化的理想地区。”研究发现，在二叠纪末页岩层的镍含量远高于普通页岩的浓度，而到了生命大灭绝层位，镍浓度又陡然下降。

但是，又该如何证明这里的镍是来自全球扩散的含镍气溶胶，而不是当时的海洋本身富含镍呢？

“我们精确地测定了布坎南湖剖面的镍同位素组成，”李梦涵解释，“发现布坎南湖剖面的镍同位素组成异常，它们代表了目前所有沉积岩最极端的负值，与海洋沉积物的组成有巨大的差别，但与含镍矿层的组成相似。镍同位素的组成充分证明了它不是正常海洋条件下的产物，而是源于大气中的含镍气溶胶。”

据介绍，采用镍同位素解析生命灭绝过程中的环境变化，沈延安团队是首创。这一研究成果曾发表在国际学术期刊《自然·通讯》上。