地大教授告诉你：宜居的地球，经历太多的不平凡
编者按
2019年年底，学校印发《美丽中国 宜居地球：迈向2030——地球科学领域国际知名研究型大学建设战略规划》，这对于学校今后的发展，描绘一张清晰的“路线图”。在美丽中国、宜居地球建设的征程上，地大肩负着时代赋予的重任。从地球科学的维度讲，宇宙中这个璀璨的星球，之所以成为今天的地球，在漫长的地球生物进化历程中，发生了很多波澜壮阔的事情，了解地球的昨天，我们才会更加珍爱地球。地球历史上生物大灭绝，长期备受关注，宋海军教授从地学科普的角度，有话对你说——
地球历史与生物演化
01 五次生物大灭绝
我要和大家讲的是史上规模最大的一次生物大灭绝，它发生在2.5亿年前的二叠纪末。古生物学家根据化石记录进行了初步估计，当时地球上有95%的物种惨遭灭绝。
为了研究这次大灭绝事件，我们在中国各地找了很多化石，总共有500多个物种，并根据它们的年限制作了一张图表。我们发现，大部分的物种都在中间一段地层里消失了，说明这些物种都灭绝了。这段地层大约涵盖了3万年时间，也就是说在这3万年里绝大多数物种都灭绝了。而且，从地层中可以看到，这场灭绝经历了两个阶段，总共有91%的海洋物种灭绝了。这与之前古生物学家估计的95%的灭绝率是非常接近的。
像三叶虫，这是一种比较常见的化石，它在5亿年前的海洋中基本占据主导地位。但在这一次大灭绝中，三叶虫彻底消失了，以后再也没有出现过。再比如四射珊瑚，是当时主要的造礁生物，它也在这一次灭绝事件中完全消失了。我们现在海洋里的珊瑚不再是四射珊瑚，而是以六射珊瑚为主。
02 早三叠世的鱼化石
那么，有哪些生物幸存下来了呢？
比如，大灭绝之后发现的鱼化石，和现在的鱼长得比较相像。还有一种牙形类生物，像鱼的形状，但实际上是一种比较低等的脊椎动物。从这两种生物的体形上，我们能看出它们都是善于游泳的。
在大灭绝之前，海洋里的生物主要以固着型生物为主，它们像珊瑚一样是固着在海洋底下的，这类生物占了68%。但是大灭绝之后，游泳类的动物开始占据主导地位。为什么呢？我们初步判断，因为大灭绝时环境发生了巨大的变化，海洋条件非常差，到处都不适合生物生存。游泳的生物可以在较短的时间内逃离那些不好的环境，找到相对舒适的环境生存，所以它们幸存了下来。
03 早三叠世的菊石化石
还有一种比较特殊的生物，叫腕足动物。它们彻底不会游泳，通过肉茎把自己的身体固着在海底，也就是说它们一辈子只生活在一个地方。它们又是如何幸存的呢？根据研究，我们发现大灭绝前这类生物长得比较大，大的可以达到十几厘米，而大灭绝后它们变得非常小，只有1厘米左右。也就是说，它们靠“减肥”得以幸存下来，因为变得苗条以后，吃得就比较少，对氧气的需求也变得非常低，所以才能在这种极端的环境中幸存下来。
那么，是什么原因导致生物大灭绝的呢？
一种比较流行的观点是因为地外的小行星或者彗星撞击地球。这种撞击肯定会对生物带来很大的影响，比如，它会带来磁极倒转，在陆地上引发大火，在海洋中引发巨型海啸。目前虽然已有科学家发现可能的撞击坑，但没有发现普遍存在的外星物质,比如铱元素等,这表明当时的产生这个撞击坑的陨石质量和速度都不够大，引发不了大灭绝。
另一种比较主流的观点，认为是火山爆发引发了大灭绝。当时确实发生了一次超大规模的火山爆发，很可能是地球形成以来最大规模的陆地火山爆发。它位于俄罗斯北部的西伯利亚。它的规模有多大呢？它喷射出来的岩浆形成的岩石，占地足有150万平方公里，厚度有1000米。如果把这些岩浆铺到中国，能把整个中国铺满，而且厚度是150米。
这么巨大的火山爆发，一定对周边的生物带来了极端的影响。更为重要的是，伴随着火山爆发喷射出很多温室气体，比如二氧化碳、甲烷。这些温室气体会影响地表气候，使气候变得非常不适合生物生存，对生物带来致命的影响。
我的同事已经找到了有关的证据。通过提取生物体内的化学信息，发现当时的平均气温在大灭绝发生时升高了约10摄氏度，也就是从灭绝前的20多摄氏度升高到了灭绝后的30多摄氏度，而且这个升温与大灭绝是完全同步的，所以很有可能是气温升高引发了这次大灭绝。
我也通过对牙形石中微量元素的研究，发现在大灭绝时海水的氧气大量减少，出现缺氧现象。这个现象和大灭绝也是同步的，这说明火山带来的气候变化对当时的生物是一个致命的打击。
地球上生物起源与演化的起起落落，还有很多的谜团需要破解。研究越深入，我们就越是能够感受到地球的伟大，人类走到今天，没有理由不去爱这个星球。
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