钻进地下，深“扒”野火和生物灭绝间千丝万缕的关系
北半球的盛夏，在高温和大风影响下，希腊、意大利、美国加州等地区相继燃起熊熊山火。这种难以控制的野火是生态体系中的重要环节，但其强度到达一定程度后会造成严重的后果，从地球演化的漫长历史上来看，甚至间接导致过二叠纪－三叠纪的生物大灭绝！
也许你会惊讶，这一结论是如何得出的？毕竟那个时候连恐龙都还没有呢！其实，野火烧过的痕迹就算是埋了几亿年，科学家们还是能扒出些蛛丝马迹。
野火的角色，不完全是反派
野火（wildfire），又称山火、林火，是指发生在荒原、山地、森林等地区的以植被为主要燃料的自然大火。自志留纪陆地上出现植物以来，野火就一直存在并伴生于陆地生态系统中。现今地球每年约有3%的陆表面积正在经历大火，它代表了陆地和大气的物质能量交换非常重要的一环。
图片来源：veer图库
野火的存在受控于诸多自然条件（地表植被、空气氧含量、干湿季节等），但是反过来它也是陆地生态系统乃至整个地球系统的重要扰动力，是自然环境非常重要的组成部分。
大规模的野火事件不仅以高温和烈焰直接杀死大量生物，还产生多种有毒物质对生物产生间接影响。同时，野火活动排放出大量CO2、SO2等气体及气溶胶，使得大气成分发生改变，在一定程度上影响整个区域的温度和气候条件。
野火活动还会破坏地表植被，影响地表径流甚至导致水土流失。这些野火活动产生的各方面影响极大地促进了地球系统的物质循环和元素循环，而这与生物的演化进程有密不可分的关联。
野火活动对地球物理进程和生物进程的影响，引自（Archibald等，2018）
两亿多年前的一把火，熊熊火光照亮了我
让我们回到2.514亿年以前。自寒武纪生命大爆发以来，二叠纪－三叠纪（P-T）之交的生物灭绝是地质历史中最大的一次生物灭绝事件，这一事件使得海洋里95%的物种、陆地上约75%的脊椎动物和大部分的陆生植物快速灭亡。旧的海陆生态系统几乎崩溃，全球生物组成和生态结构发生了永久性的变化。
这场生物灭绝事件也吸引了无数学者的目光。长期以来，全球众多学者从多学科角度出发，对各地二叠－三叠纪界线附近的地层开展综合深入的研究。总的来说，此次史上最大规模的灭绝事件应是在多种因素耦合或先后迸发、全球生态系统几乎崩溃时发生的，至于各因素间的关联性，尚有待探索。
野火是陆地生态系统的重要扰动力（来源：veer图库）
近年来关于陆地生态系统对该事件响应的研究逐步成为焦点，已有越来越多的证据表明晚二叠世全球范围内曾频繁发生重大的野火事件。
如何判断遥远的晚二叠纪发生过野火呢？其实，野火会留下自己的足迹。古代野火在地层中的残留物和识别标志主要有炭屑、碳黑、燃烧源多环芳烃以及木化石年轮中的火焰疤痕等，其中炭屑最为普遍也最为重要。炭屑是生物材料（包括动物和植物体）在缺氧条件下不完全燃烧形成的产物。研究炭屑可以为陆地生态系统和大气圈的演化提供佐证。
首先，炭屑在沉积物中的发现是曾经发生过野火的最直接证据。在沉积环境不变的情况下，炭屑含量越高可以对应地认为野火强度越大。
其次，炭屑的反射率统计能够反映当时的燃烧温度和野火类型（地表火、林冠火和地下火），进而对之前植被覆盖等情况提供一些证据。
同时，炭屑保存的解剖结构也能提供植物系统分类的相关信息，这对补充当时生态系统的植物组成信息具有重大潜力。
此外，炭屑含量在某一沉积序列中的变化亦能够反映出气候环境和生态系统的整体变化趋势。
来新疆贵州看看远古野火的足迹
当前已发表的关于晚古生代野火事件的证据遍布全球，涵盖范围包括澳大利亚、欧洲、加拿大、巴西、印度，甚至南极洲。
我国关于这方面的报道亦不在少数，华北、西南和西北地区都有记录。然而，以往的研究均较笼统，针对晚二叠世野火事件详细的机制变化及其背后的原因，以及对二叠纪末陆地生态系统具体的影响过程等系统研究略显不足。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所晚古生代团队与南京大学、云南大学的合作者，就深入探索该时期野火事件对植被的演替过程和陆地生态系统崩溃的影响，对中国新疆维吾尔自治区大龙口剖面和贵州省西部冷清沟剖面二叠系-三叠系之交的炭屑化石及有机碳同位素等开展了详细研究，进一步证明了野火事件与二叠纪-三叠纪生物大灭绝的关联。
1.新疆维吾尔自治区大龙口剖面
大龙口剖面具不同解剖结构的炭屑化石扫描电镜图像（来源：南京古生物所）
研究团队发现，大龙口剖面锅底坑组（编者注：该沉积序列主体属晚二叠世晚期，分布于新疆乌鲁木齐附近）中下部具有丰富的炭屑层位，且由底至顶炭屑丰度增加，证明野火事件在该地区晚二叠世频繁发生并有愈演愈烈的趋势。
在锅底坑组上部，野火机制发生了显著变化，表现为炭屑最高反射率的骤然下降和林冠火的缺失。这一现象反映出当时陆地植被系统的崩溃状态，对野火而言则代表了植物燃料在该阶段的极度匮乏。
锅底坑组中上部角质层富集层的研究成果，证明了在晚二叠世，大龙口地区存在大量松柏类植物，这极大地丰富了这一区域晚二叠世植物组成信息。
而到了韭菜园组（编者注：属早三叠世早期）下部，角质层证据显示植物组成明显变少，植物种类也发生了变化。
不同种类的炭屑在地层中的分布、植物角质层类型的变化，以及前人的孢粉证据均支持了研究人员的猜测，即在锅底坑组上部植被系统曾发生去森林化现象，而野火事件可能是导致该现象发生的直接原因。
有机碳同位素组成的变化、指示火山活动的汞元素含量与炭屑丰度三者之间的耦合表明：火山活动可能是碳同位素组成变化和野火事件发生的深层驱动力，同时野火事件导致的同位素分馏（编者注：某元素的同位素在物理、化学、生物等反应过程中以不同比例分配于不同物质之中的现象）和埋藏也可能进一步影响有机碳同位素组成的变化。
大龙口剖面有机碳同位素、Hg/TOC值、孢粉类型和丰度、炭屑丰度、反射率和不同种类炭屑在地层中的变化（来源：南京古生物所）
2.贵州省西部冷清沟剖面
在冷清沟剖面地层中，炭屑在宣威组上部（编者注：属晚二叠世）频繁出现，且反射率高、种类多样；而在之上的卡以头组，炭屑的反射率显著降低，同时伴随着种类的减少。这些现象表明两组野火燃料存在差异，野火类型亦由高温的林冠火转变为低温的地表火。这一结果支持了前人关于植被系统从宣威组的热带雨林到卡以头组滨海草地演替的观点。
冷清沟剖面具不同解剖结构的炭屑化石扫描电镜图像（来源：南京古生物所）
此外，宣威组顶部的煤层中存在一层显著的火山灰。研究人员通过进一步详细采样分析，发现有机碳同位素组成和炭屑丰度在该火山灰层前后发生了急剧的变化，表现为碳同位素组成出现4.08‰的负漂，并伴随炭屑丰度骤减。
这一研究结果也进一步证明火山活动驱使了野火事件强度的增加。野火在该时期对植被的干扰和影响到达顶峰，并在短时间内快速摧毁了原有的陆地植被系统，促进了西南地区植被系统在二叠纪-三叠纪之交从热带雨林到滨海草地的演替。
冷清沟剖面的有机碳同位素、炭屑丰度和不同种类炭屑在地层中的变化（来源：南京古生物所）
通过对比新疆大龙口剖面和贵州冷清沟剖面的野火事件变化，研究团队发现两者存在高度相似性，即剖面从下至上野火强度先增强，随后发生显著的机制变化——即从林冠火到极度贫乏的地表火。同时，剖面火山活动的证据均与这一野火的变化相对应。表明野火活动和陆地生态系统在二叠纪末的协同变化模式可能是全球性的。
所以总的来说，在晚二叠世全球干旱的趋势下，高强度频发的野火事件直接加重了陆地生态系统的负担，导致植被系统逐渐衰退或结构改变。而后某一突发性灾难（在华南可能为近距离剧烈的火山活动直接点燃植被，在新疆可能是全球火山活动间接影响）使得气候在短时间内急剧干旱，最终导致野火强度陡然增加，彻底击垮了原有的植被系统，使得陆地生态系统彻底崩溃。之后野火活动便因失去燃料进入了贫乏期，直到植被系统的逐渐复苏。
结语
从这项关于野火的研究中我们可以看到，掩埋在地底的炭屑，能够还原早在人类出现前的地球面貌，今天的我们似乎能够感受到干热的风正从那个浩渺的过去吹来，靠的就是学者们一丝不苟地探索与发现。
如今，地球的气候同样在进行着悄无声息的演变，人类的力量在大自然面前终究是渺小微弱的，但尽吾所能去维护人类社会与地球环境的和谐关系，才有可能改写全球变暖的轨迹，让人类与自然早日达成和解。
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