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生物大灭绝

生物大灭绝

生物大灭绝（英文：Biological 消光）是指生物大规模的集群灭绝，整科整目甚至整纲的生物在很短的时间内彻底消失，或仅有极少数残存下来。

地球历史上曾发生过5次生物大灭绝，其中第一次是奥陶纪末大灭绝，发生在4.431亿年前到4.429亿年前，导致85%的海洋生物物种灭绝。

第2次是泥盆纪末大灭绝，发生于泥盆纪后期，3.75亿~3.60亿年前，海洋生物约19%的科、50%的属灭绝。

第3次大灭绝发生在2.52亿年前的二叠纪末期，持续约6万年，是地球有生命以来最严重的一次生态危机事件，造成了地球上约57%的科、83%的属灭绝。

第4次生物大灭绝发生在2.0亿年前的三叠纪侏罗纪过渡时期，延续了约5000万年，导致地球上的生物约23%的科与48%的属灭绝。

第5次生物大灭绝发生在距今6,500万年前的白垩纪末期，使长达1.4亿年的恐龙时代终结，地球上75%~80%的物种灭绝。

有科学家推测，2100年，人类将迎来第六次大规模物种灭绝。

提出

地球史上5次大的集群灭绝事件最早是由芝加哥大学古生物学家大卫·骆普（David Raup）和杰克·塞科斯基（(Jack Sepkoski）1982年发布在《科学》杂志上的论文所认定的。

概念与命名

生物大灭绝是指生物大规模的集群灭绝，整科、整目甚至整纲的生物在很短的时间内彻底消失，或仅有极少数残存下来。在近5.5亿年历史中，地球已经历过5次物种大灭绝事件。

五次大灭绝事件

奥陶纪末大灭绝

奥陶纪末大灭绝是地球首次生物大灭绝，发生在4.431亿年前到4.429亿年前，处于奥陶纪末期或奥陶纪与志留纪过渡时期。显生宙第一次大冰期的出现，导致了这次生物大灭绝。

奥陶纪末生命大灭绝可划分为两幕，并分别受控于不同的灭绝机制：第一幕灭绝（LOME-1）发生在凯迪期（Katian）和赫南特期（Hirnantian）之交，彼时气候迅速变冷，冈瓦纳大陆冰川快速扩张至低纬度地区，海平面快速下降，海洋缺氧，最终导致大规模生物绝灭；第二幕灭绝（LOME-2）发生在赫南特期中晚期，此时随着气候快速回暖，冰盖快速消融，冰川融水携带大量大陆风化营养物质进入海洋，促使初级生产力飙升，并进一步导致浅海区耗氧量增加，缺氧程度加剧，再次重创刚刚适应冷水环境的海洋生物（以赫南特动物群为代表）。

奥陶纪末大灭绝使当时的海洋生物遭遇了灭顶之灾。浅海生物对生活环境的要求相对较高，所以一旦环境发生突变，它们就难以适应。当时85%的海洋生物物种灭绝，像珊瑚、腕足动物门、三叶虫等生物门类的多个类群几乎全军覆灭。

泥盆纪末大灭绝

第2次生物大灭绝是泥盆纪末大灭绝，发生于泥盆纪后期，3.75亿~3.60亿年前。其可能的生物学原因，一说为地球进入卡鲁冰河时期所致。还有研究认为，泥盆纪陆生植物进化出发达的根系深入地表土之下数米，加速了陆地岩石土壤的风化，大量铁等元素释放进入地表水，造成了水系的水体富营养化大暴发，导致了海底缺氧事件。此外，海洋表层的繁盛的有机化合物的沉降，使得全球碳循环中大气层的二氧化碳大量进入海底沉积层，也加强了地球冷化。

大灭绝的诱因和机制，前人曾提出多种假说，如海洋缺氧、气候变冷、海平面快速升降、火山喷发以及多种环境因素综合作用等。中国科学院南京地质古生物研究所联合中外多所高校开展合作，对中国四川龙门山泥盆纪石炭系界线剖面开展系统综合研究，为“泥盆纪植物假说”提供关键的地质证据和模型结果支撑。泥盆纪-石炭纪之交是地质历史演化关键转折期之一，随着种子植物起源与多样化，大气二氧化碳分压急剧下降，全球气候变冷，海洋碳-氮循环异常，海水发生大范围缺氧，发生泥盆纪末生物灭绝事件。

泥盆纪末集群灭绝事件具有“瞬时性”和多幕式特点，持续时间为10万年-30万年，主要是海洋生物的灭绝，海洋生物约19%的科、50%的属灭绝。

二叠纪末大灭绝

二叠纪末生物大灭绝发生在2.52亿年前，持续时间约6万年，是地球有生命以来最严重的一次生态危机事件。大规模火山喷发被认为是导致这次生态危机、环境快速恶化以及生物大灭绝的主要原因。

科学家发现，二叠纪大灭绝事件分为两个阶段：一次发生在瓜达鲁普世末(约2.6亿年前)，可能与当时的峨眉山玄武岩大规模喷发有关；另一次发生在二叠纪末期(约2.5亿年前)。通常所说的二叠纪末生物大灭绝，是指发生在二叠纪三叠纪之交的生物灭绝事件。

在这次灭绝事件中，地球上的生物约57%的科、83%的属灭绝。许多动物门类整个目或亚目在此次事件中全部灭亡，曾遍布各地的舌羊齿属植物群几乎全部绝灭，早古生代繁盛的三叶虫全部消失，蜓类原有40多个属，该世结束时完全消失，杆菊石有10个科绝灭，腕足动物门之前有140个属，在该事件后所剩无几。估计地球上有96%的物种灭绝。

三叠纪末大灭绝

三叠纪末生物大灭绝是第四次大灭绝，发生在2.0亿年前的三叠纪侏罗纪过渡时期，延续了约5000万年。其发生原因，历来有多种解释，火山喷发成为了许多科学家关注的重点。支持火山喷发导致三叠纪末生物大灭绝事件的科学家认为，在中生代早期，由于盘古泛大陆的解体，引发强烈的火山活动，致使大气二氧化碳浓度升高，从而导致生物大灭绝。

中国科学院南京地质古生物研究所研究员沙金庚、房亚男博士与外国学者合作，在国际知名刊物《科学进展》在线发表的一项最新研究成果表明：火山冬天是导致三叠纪末陆地生物大灭绝的主要原因。火山冬天是指火山喷发释放的大量的火山灰和气溶胶阻挡日照辐射，从而造成地球表面温度骤降。超级火山喷发首先带来了火山冬天，火山冬天的“冷”造成了陆地生物大灭绝，而非传统观点认为的“热”。

三叠纪末大灭绝导致地球上的生物约23%的科与48%的属灭绝。三叠纪末大灭绝导致了大量动植物灭绝，恐龙拥有具有保温功能的原始羽毛，确保了食草性恐龙能够抵御中高纬度的冷冬，进而独享中高纬度的植物资源，这部分恐龙成功幸存了下来。大部分没有羽毛保温的其他初龙型类动物则灭绝于火山冬天，仅少数体积比较小的一些种类靠躲避在洞穴中而躲过了灾难。

白垩纪末大灭绝

第5次生物大灭绝发生在距今6,500万年前的白垩纪末期。普遍观点认为，0.66亿年前小行星碰撞地球导致恐龙和其它物种灭绝消失。2016年，科学家重建灭绝事件当时的南冰洋海洋温度，表明该灭绝事件是由于火山喷发和太空岩石碰撞双重因素造成的。

专家发现，南冰洋海洋温度曾出现两次骤然升温峰值。密歇根大学和佛罗里达大学研究人员对远古贝壳类生物化石的化学成分进行了分析。在第一次加热事件中，印度地区出现了火山爆发，喷涌出导致地球变暖的二氧化碳，南冰洋温度升高了7.8摄氏度（14华氏度）。第二次加热事件出现在15万年之后，小行星撞击地球（在墨西哥希克苏鲁伯形成陨石坑），当时的水温平均上升了约1.1摄氏度（2华氏度）。研究显示，物种大灭绝和两次温度的迅速上升恰好对应。第一次灭绝事件与印度德干暗色岩火山开始爆发对应，第二次规模稍小的灭绝事件和希克苏鲁伯陨石撞击的时间更加接近。

白垩纪末期大灭绝使长达1.4亿年的恐龙时代终结，海洋中的菊石亚纲也一同消失，地球上75%~80%的物种灭绝。

影响因素

每一次生物大灭绝都经历了一个相当漫长的演变过程，大灭绝的原因都与巨变的地球环境有关，但地球复杂环境之间存在的演化关联性，使得每一次大灭绝都与诸多环境的突发性、规模性和周期性演变有关。过去五次大灭绝大多由于自然因素，如陨石撞击、气候变化、地平线降低、火山喷发等引起。

洪水玄武岩事件

二叠纪、三叠纪灭绝事件是因为岩浆大量喷涌。几次大规模的火山爆发，共喷出大约500万立方千米的流动熔岩，流淌数百公里，炙热的熔岩海覆盖了大片陆地，冷却后形成大片玄武岩。当熔岩一遍遍流经这些地区，玄武岩便一层层的堆积起来。当地幔的熔岩从地球内部深处升起时，它熔化了一些先前俯冲到陆地之下的古代洋壳。这种循环再生的洋壳富含挥发性化合物，在加热时会释放出大量的气体。同时，这些洪水玄武岩在通过上层地壳来到地面的路上，遇到了煤层等地层，它们在岩浆的高温炙烤下释放出更多的气体。

洪水玄武岩和火山喷发造成的气体喷涌释放的二氧化碳产生了强大的温室效应，使地表温度迅速上升，而更深的海域却开始缺氧，使海底的生物窒息。其他有毒的火山气体，例如氯化氢和二氧化硫，也可能进入高处的平流层中，氯化氢的排放会严重消耗臭氧层，使阳光中的有害紫外线到达地球表面。二氧化硫的部分作用是阻挡阳光，妨害进行光合作用的生命及其他相关的生命形式，然后再以酸雨的形式从大气中排出。这些使得地球上的生态系统崩溃，并引发了地球物种灭绝。

海平面下降

显生宙第一次大冰期的出现，形成了大规模冰盖，总规模达到1.5亿立方千米，是今天地球南极和北极冰盖总和的6倍以上。当时，全球海平面急速下降100至150米，气温下降6~8摄氏度，最终导致灭绝事件的发生。

陨石撞击地球

科学家发现，0.66亿年前小行星碰撞地球之后，硫酸微粒形成在高空，阻挡阳光照射数年，使地球处于黑暗寒冷环境。这一时期，全球年平均气温下降至少26摄氏度。之后3年，地球年平均气温低于冰点，冰盖面积逐渐扩大，植物死亡，死亡扩散至地球整个食物链。此外，死亡效应影响海洋环境，导致海水寒冷结冰，严重破坏海洋生态系统。与小行星碰撞附近区域出现极端热量、野火或者海啸等局部影响相比，硫酸微粒导致的长期地球降温或许是导致恐龙灭绝的真实原因。

气候变化

已有研究表明，大约6亿年以来生命在不断地演化，还没有任何天外事件曾经毁灭整个地球生物圈，所有生物大灭绝事件几乎都伴随有剧烈的全球性环境变化。奥陶纪末、泥盆纪晚期、三叠纪末事件都伴随有冰室效应/温室效应气候转变事件的发生；二叠纪末、白垩纪末等事件发生的前后都有温度剧烈变化、海洋酸化和缺氧、海洋微生物爆发等现象出现。所有这些都说明剧烈的气候环境变化是导致生物大灭绝发生的原因。

气候环境变化的根本原因大多指向地球内部的活动造成的大规模火山喷发。大规模火山喷发带来的CO2等温室气体本身不足以造成地质记录所表现的碳同位素、温度等变化幅度，但火山作用可以触发蕴藏在各大陆和大陆架沉积物中的大量甲烷等温室气体在短时间内快速释放，这些温室气体大量进入大气，可导致地表环境剧烈变化，从而造成生物大灭绝。

第六次大规模物种灭绝

第六次生物大灭绝可能始于距今1.1万年的新石器时代。那时人类已拥有较好的石器，可以较容易猎杀野生动物。从200多年前工业革命时代开始，由于人类生产力发展，森林被开垦、野生动物被猎杀、矿山被开采、大批工厂的废气和废物被排放，生态环境遭到极大的破坏。人类的诞生与进化对地球环境造成了重大的影响，联合国环境规划署曾指出，截至2013年，地球上每年至少有6万种生物灭绝，第六次生物大灭绝主要由人类导演。

研究发现，每次大灭绝事件都与大气层和海洋内正常碳循环被彻底颠覆有关，这些每隔几千到几百万年发生的碳巨变，导致全球范围内的海洋物种彻底出局。针对历史大灭绝事件中跨越数千到数百万年的长时间跨度，可用碳循环变化速率为参考临界值，如果这个速度快到地球生态系统无法适应，物种就会大面积灭绝。

在过去5.42亿年间，地球发生了与碳循环巨变有关的5次大规模灭绝事件和31次灾难性事件，地球化学研究人员用碳-12和碳-13两种同位素的相对丰度记录了期间的碳量变化。通过数学转换，麻省理工学院地球、大气与行星科学系教授丹尼尔·罗斯曼将这些相对丰度换算成海洋碳增加量，最后绘制出了海洋碳增量和时间跨度之间的关系曲线图。

丹尼尔·罗斯曼发现，曲线图有一个临界值，31个事件中大多数都在临界值以下，说明这些事件虽然涉及到碳的显著变化，但相对而言变化量较低，不足以破坏地球系统走向物种大灭绝。相比之下，5次大灭绝事件中，有4次碳变量超过临界值；而最严重的二叠纪大灭绝事件超出临界值最多。

人类的诞生与进化对地球环境造成了影响。有科学家推测，2100年，人类将迎来第六次大规模物种灭绝。丹尼尔·罗斯曼通过数学公式，对包括5次大规模灭绝事件在内的5.5亿年间碳循环的重大变化进行了计算分析，确定了“灾难临界值”。他将这一数值与政府间气候变化专门委员会（IPCC）报告提供的预测值对照后发现，2100年，海洋碳总量将接近或远超过该临界值，从而导致第六次大规模物种灭绝。

丹尼尔·罗斯曼用公式计算出，当今海洋碳增量的临界值约是3100亿吨，这个值接近IPCC对2100年的预测值。IPCC最新发布的预测报告称，到2100年，人类在海洋中增加的总碳量，最低3000亿吨；如果不采取有力措施，最高可达5000亿吨，远超3100亿吨的临界阈值。丹尼尔·罗斯曼表示，如果不通过政策和技术等手段对二氧化碳排放严加控制，碳循环将进入一个不稳定边界，并会以一种难以预测的方式运行，这种行为通常与大规模灭绝相关。