距今约2.52亿年的二叠—三叠纪之交，发生了地质历史时期最为严重的全球生物集群灭绝事件，短时间内造成了超过80%的海洋生物和75%的陆地生物的灭绝。

中国科学技术大学地球和空间科学学院肖益林教授团队和沈延安教授团队对这个事件的过程和机制研究方面取得重要进展，成果日前在线发表在《美国科学院院报》上。本版特邀主要研究者之一沈延安教授就相关科学问题做解读。

地球上规模最大的生命灭绝事件

地球上的生命大约在38亿年前开始出现，在随后的32亿年，地球上的生命是以微生物如各种细菌、古菌为主导，地质学家称之为“微生物主导的世界”。地球上的动物大约在5.7亿年前开始出现，但动物物种真正的繁荣是5.2亿年前左右“寒武纪生命大爆发”的产物。“寒武纪生命大爆发”之后，海洋和陆地生物经历了数次灭绝、复苏、辐射和繁荣，形成了“动物主导的世界”。

根据化石记录统计，在过去5亿年，生命和地球发展历史过程中共发生了五次显著的、全球范围内的生命大灭绝事件。其中发生在二叠纪末的灭绝事件代表了最严重、规模最大的生命灭绝事件。这一生命灭绝事件发生在二叠—三叠纪之交，大约2.52亿年前左右。根据全球二叠—三叠纪化石记录统计，二叠纪末生命大灭绝事件造成了80%以上的海洋生物以及75%以上的陆地动物同时从地球上消失。灭绝的海洋生物包括珊瑚、三叶虫、海绵、放射虫、钙藻、双壳和腹足类动物等；陆地生物例如陆栖的单弓类群动物和许多爬行类群也在这次生命灭绝事件中消失。就灭绝物种的规模而言，二叠纪末生命灭绝事件比发生在白垩纪末大约6500万年前的恐龙灭绝事件更严重。

二叠纪末生命灭绝事件不仅规模大，而且灭绝发生的时间短。根据最新地质测年数据，这一生命灾难事件大约持续了10万年甚至更短。也就是说10万年左右的时间造成了地球上规模最大的一次生命灭绝事件。因为这次灭绝事件规模巨大，所以生命系统经过了之后的500万年才逐渐完成恢复。可以看出，相比10万年的灭绝时间，二叠纪末生命灾难事件之后生命系统的复苏是非常缓慢的过程。

地质学家同时发现，伴随着这次生命大灭绝事件，煤炭的形成也在全球范围内突然消失，具有开采规模和经济意义的煤炭形成是在灭绝事件2000万年之后才重新出现，因此地质学家称之为“成煤空白期”。

深部海洋缺氧直接导致生命的灭绝

二叠纪末全球生命大灭绝事件这一地质事实得到了学界的广泛认可，同时激发了科学家们对这一生命灾难事件的触发机制和原因进行研究，提出了各种观点。

其中，海洋缺氧这一解释主要来源于对灭绝相关地层和岩石的各种化学分析。我们知道，现代海洋表层和深部海水充分混合并且富含氧气，但二叠纪末的海洋被广泛认为是分层的，即浅部富含氧气，深部缺少氧气甚至是富含硫化氢，一种臭鸡蛋味的有毒气体。

中国科学技术大学沈延安团队近年来以硫同位素为主要研究手段，对华南、加拿大、日本、格陵兰等国家和地区的研究结果表明，二叠纪末的海洋结构类似于现代的黑海，黑海的上部150米富含氧气，但之下至2200米左右均是富含硫化氢的结构。他们的研究成果为探讨二叠纪末生命灭绝的机制和原因提供了重要的证据。因为几乎所有的动物都需要氧气进行呼吸和生存，因此深部海洋缺氧能够直接导致生命的灭绝。另外深部富含硫化氢海水的间歇性上涌也时刻威胁着栖息在浅海的生命，因此海洋缺氧能够很好地解释海洋生命灭绝的范围和阶段性。

科学家们发现，西伯利亚火成岩省（指连续的、体积庞大的由镁铁质火山岩及伴生的侵入岩所构成的岩浆建造。它们在很大程度上与来自深部的地幔柱活动有关）的大规模喷发与二叠纪末生命灭绝事件在时间上高度一致，而火成岩省的大规模喷发会释放大量的温室气体，迅速改变大气和海洋的化学组成包括造成全球海洋深部缺少氧气，因此是导致二叠纪末生命灭绝的重要推手。经过多年细致研究和有益争论，现在普遍认为，西伯利亚火成岩省的大规模喷发，诱发了二叠纪末生命灾难事件。

全球性大陆加速风化的新发现

如果说海洋缺氧等环境的剧烈变化导致了二叠纪末海洋生命的灭绝，那么这些变化与当时陆地生命的灭绝有什么联系？这一直是令人困惑的科学问题。

我们知道，陆地和海洋的连通主要有两个途径。其一是陆地风化作用将地球表面的物质带入海洋，其二是大气将陆地和海洋联系起来。

为研究二叠—三叠纪陆地风化作用强弱变化以及它们对海洋环境变化的影响，中国科学技术大学肖益林团队和沈延安团队最近利用锂同位素对浙江煤山剖面进行了高精度的测试。同其它同位素系统不同，锂几乎只分布在硅酸盐矿物中，它在沉积岩中的分布非常稳定且其同位素在生物作用和氧化还原条件变化条件下不发生分馏，因此是追踪二叠—三叠纪陆地风化强弱变化的理想工具之一。

该研究发现，在二叠纪末大灭绝事件发生前后，海水的锂同位素组成发生了显著的降低，指示了当时全球性大陆风化作用快速增强。同时，海水锂同位素的变化与西伯利亚火成岩省的喷发时间高度吻合，因此研究人员认为，巨量的玄武岩喷发造成大气中温室气体浓度急剧升高、全球性的酸雨气候等，为陆地风化作用增强提供了必要的条件。这进一步证实了西伯利亚火成岩省的大规模喷发驱动和诱发了二叠纪末生命灾难事件。

尤为重要的是，锂同位素组成的变化将陆地和海洋系统的变化有机地联系在一起，具体体现在陆地风化作用的增强能够直接影响海洋化学组成的变化。因为加速的陆地风化作用会向海洋输入更多的生命营养元素，从而改变海水的化学组成。海洋中生命营养元素例如磷、氮、硅等的增强会增加海洋的初级生产率和有机质的形成，导致海洋的富营养化并大量消耗海水中的氧气，因此造成海洋缺氧从而危及海洋中的生命。

延伸阅读

未解之谜仍有很多

虽然科学家们经过多年的努力取得了丰富的第一手资料，但二叠纪末生命大灭绝的机制和环境因素还存在着一系列需要解决的科学问题。例如，陆地和海洋生命虽然同时灭绝，但它们的机制和环境因素是否相同？作为联系海洋和陆地的重要纽带之一，我们对二叠—三叠纪大气组成的变化如何影响生命演化知之甚少。我们知道，煤的形成需要温湿的气候和酸性的水环境，那么二叠纪末生命大灭绝之后2000万年间大规模成煤事件的缺失，是否暗示了当时的气候状况？它们又是如何影响生命复苏过程的？对这些谜团的追寻，会使我们更好地理解环境变化对生命演化的影响，或许也能为研究未来全球气候变化和人类社会发展提供启发。