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3.59 億年前大規模物種滅絕 或與氣候不穩致臭氧層被破壞有關

2020/5/29 — 17:20

3.59 億年前,泥盆紀 (Devonian) 即將結束之時,地球正從約 1,200 萬年前的泥盆紀晚期滅絕事件 (Late Devonian extinction) 恢復過來,魚類逐步演化成陸上生物、蕨類森林在陸地上前進,但氣候仍然不穩定,不斷從極端炎熱與寒冷天氣之間搖擺,冰川曾在熱帶地區形成,暖化時則再觸發滅絕事件。

最新刊於《科學進展》的研究指,這種持續的氣候變化不無道理。研究團隊從格陵蘭東部古老湖泊沉積物中的畸形、變暗蕨類植物孢子找到罪魁禍首,指這段時期地球大氣中的臭氧層突然消失,使地球生命曝露於大量可引起基因突變的紫外線輻射下。

長久以來,學界一直認為在人類出現之前,引致所有大規模滅絕事件的原因有二,一是隕石撞擊,二是大規模火山爆發。然而,兩年前有團隊發現證據,顯示 2.52 億年前的二疊紀—三疊紀滅絕事件 (Permian–Triassic extinction event) 時西伯利亞火山爆發將鹽類沉積物噴到俗稱臭氧層的平流層 (stratosphere) ,並通過化學反應令整個臭氧層消失。二疊紀—三疊紀滅絕事件又稱大規模滅絕之母 (Mother of all mass extinctions) ,當時地球上 70% 的陸生脊椎動物,以及高達 96% 的海中生物消失,這亦是昆蟲的唯一一次大量滅絕事件。

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無參與研究的賓州大學古生物學家 Lauren Sallan 指,新發現的泥盆紀孢子顯示,即使無火山爆發全球暖化也會消耗臭氧層,讓人重新考慮其他大規模滅絕事件的起因。

過去,學界認為泥盆紀晚期滅絕事可能是由火山爆發造成,殺死了大多數珊瑚和許多有殼的海洋生物。但 10 年前 Sallan 和其他學者的研究表明,除此之外事件也消滅了許多植物和有脊椎動物,包括大多數剛由魚演化成的四足動物。

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然而,這些團隊均無法找到火山爆發或撞擊事件的證據,只在冰川有關的岩石沉積物的快速形成和消失中找到零碎線索。

在過去的 30 年,修咸頓大學考古學家 John Marshall 則分析這段時期的格陵蘭東部倖存岩層。當時格陵蘭仍遠離北極,處於較低的緯度,被鎖定在一個被稱為乾旱的老紅砂岩大陸內陸。在泥盆紀最後一個冰期之後,隨著氣候暖化湖泊形成並充滿沉積物,這些沉積物再慢慢變成泥岩,記錄了滅絕前後的地表狀況。到 2017 年, Marshall 團隊成功鑽取到 6 米長的泥芯,當中含一些孢子化石。

團隊發現,在滅絕前孢子非常健康有對稱尖刺,但其後卻突然變形尖刺不平均分佈且萎縮,更變成較深色。這種破壞似由大量紫外線輻射造成。

Credit: Marshall, J.E.A. & et al. (2020).

Credit: Marshall, J.E.A. & et al. (2020).

Marshall 推斷,在無火山爆發下,氣候暖化引發了夏季更大的雷暴,可能在臭氧層製造更多消耗臭氧的水和鹽的混合物。隨著紫外線破壞更多森林,當中的營養物質流入海中導致浮游生物和藻類大量繁殖,形成惡性循環產生更多破壞臭氧層的鹽。

美國阿巴拉契亞州立大學地球化學家 Sarah Carmichael 指, Marshall 團隊的說法不僅可解釋大滅絕出現,且可解釋為何現今有大量來自這時期的天然氣礦床;天然氣是由腐爛有機物形成的,而被破壞的森林溢出的養分可令海洋生物有爆發性增長。

說法也可能代表當今暖化加劇可能發生的情況:更強大的雷暴有時會穿過對流層 (troposphere) 並將水分注入乾燥、寒冷的臭氧層中。當與氣膠粒 (aerosol) 和氯分子結合時,這些水珠會消耗臭氧。不過,大氣科學家無法就情況是否正在發生達成共識。

來源:
Science, No asteroids needed: ancient mass extinction tied to ozone loss, warming climate, 27 May 2020

報告:
Marshall, J.E.A., Lakin, J., Troth, I. & Wallace-Johnson, S.M. (2020). UV-B radiation was the Devonian-Carboniferous boundary terrestrial extinction kill mechanism. Science Advances 27 May 2020: Vol. 6, no. 22, eaba0768. DOI: 10.1126/sciadv.aba0768

文/Alan Chiu

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