地球演化史之泥盆纪晚期大灭绝,富氧环境却因缺氧而死的诡异时代

文接上回。泥盆纪末,当火流星撞击地球造成第一次灭绝高潮后的100万年,弥漫在大气中的烟尘终于消散,大地和海洋再一次沐浴在久违的阳光下,植物开始复苏,光合作用重新启动。然而来自太阳的能量却没能让地球变得温暖,冰川依然蔓延,海水继续退却,酷寒和饥饿仍旧威胁着摇摇欲坠的生态系统。得不到休养生息旋即遭遇第二波灭绝高潮:Hangenberg即黑色页岩事件,几近崩溃的生态系统彻底被打入深渊,无数生灵的身影永远定格在了泥盆纪末这个激变的时代。

泥盆纪晚期灭绝事件中的第二次灭绝高峰。配乐悲咯

造成这最后一击的是新一轮的全球变冷,而其罪魁祸首正是蓬勃发展的陆生维管植物。葱翠植物带来的不一定是勃勃生机,也可能是灾难与死亡。自志留纪登陆成功的陆生管维植物,其高度从泥盆纪初期的30㎝演化至后期的30m,整整高出了100倍,不再是低矮的草本姿态,而是高大的维管植物森林,随着平行演化的石松、蕨类和原始裸子植物陆续出现。它们在河湖沼泽和平原地区,密集形成了大片高大的乔木丛林,陆地生态系统从平面延伸成立体的网络,最大限度地吸收和利用阳光,制造有机物。

从泥盆纪到石炭纪之间,随着陆生植物的迅猛发展,大气中的氧气含量一路飙升到地球有史以来的最高值

但陆生动物和腐生真菌明显没能跟上植物的演化步伐:无论是巨大的节肢动物还是早期真菌,都还没有演化出高效的酶系统来快速分解纤维素和木质素。消费者和分解者的缺位,使生物圈的碳循环严重偏离了平衡,森林植物开足马力,源源不断地吸收大气中的二氧化碳,释放氧气,地球大气又一次被改变了组成。但低水平的二氧化碳含量削弱了温室效应,助长了热量的散失,就像光合作用诞生初期引发的休伦冰河期和元古宙成冰纪时期的“雪球地球”一样,成为泥盆纪末期第二次灭绝高峰发生的诱因。

生物圈的氮元素,一半以上都是通过大气放电形成,由降水带到地表土壤。所以雷雨是氮肥播撒过程

同时大气复杂的连锁反应还在继续。氮和磷作为组成生命体的关键元素,但大气中游离态的氮气元素都无法被绝大多数生物直接利用,而单靠岩石风化产生的硝酸盐供应又很有限。随着富氧大气的形成,依靠氧气极强的氧化反应,在闪电放电的条件下,与氮气化合成硝酸降落到地面,变成了被植物利用的氮肥。而且降水的酸化,以及植物根系的分泌物崩解岩石,释放出原本被锁锢的磷等微量元素,更加刺激了植物森林的扩张,终于形成一个闭环。

与碳氢氧氮元素不同,生物圈磷元素的源头主要是风化后的含磷矿物,循环范围和周期更大

但不利的“蝴蝶效应”还在继续。环境中激增的氮磷元素随着河流汇入海洋,造成海水富营养化,而以浮游藻类为食的小型海洋生物在第一次灭绝高峰时元气大伤。

绿藻泛滥导致水底缺氧,生物大量死亡,是放在现今也是严重的生态灾难

失去抑制的藻类爆发生长,引发大范围的赤潮覆盖海面,减小了海水溶解氧气的效果,而且过量繁殖的藻类消耗了大量溶解氧,使海洋处于严重缺氧的局面,然后被藻类堵塞呼吸系统的“荧惑”的幸存者们,缺氧死去后沉降在海底,他们的遗骸分解产生大量硫化氢和其他有毒物质,使海洋成了一个浑浊腐臭的巨大坟场,几乎将海洋中的多细胞动物扫荡一空,而细菌和蓝藻却在海底生长茂盛,叠层岩大量发育,这是自寒武纪生命大爆发后从未出现过的事情。

黑色页岩由沉积的有机质和硫化物在缺氧条件下形成。世界均发掘有晚泥盆世黑色页岩层,是海洋缺氧事件的证据

泥盆纪晚期第二阶段的大灭绝惨烈远胜第一阶段。海洋的顶级掠食者的盾皮鱼类,如邓氏鱼、霸鱼,凭借强大的力量躲过了第一阶段的灭绝,却无法躲开第二阶段;多米诺骨牌效应也终于影响到了陆地就此彻底退出了地球演化史。大灭绝的多米诺骨牌效应也传递到了陆地和淡水,气温和降水的剧烈动荡,许多河湖冰封或者干涸消失,大型肉鳍鱼类和大批早期的四足动物几乎全部消失,地质学上称之为“柔默空缺”。

泥盆纪顶级掠食者—恐鱼,在晚期彻底灭绝。引自国家地理

惨烈的二次大灭绝终结了泥盆纪的繁荣,两栖动物登陆的进程被推迟了数千万年,也拉开了下一个地质时代演化的帷幕。泥盆纪富氧的大气和充足的氮磷元素有助于肌肉、骨骼和大脑的成长,为古生代的下一纪—石炭纪动物演化出更庞大的躯体、更强韧的力量和更复杂的行为,以及在地球舞台上演更精彩的故事奠定了基础。

泥盆纪下一纪:石炭纪庞大的两栖动物引螈,引自国家地理

地球演化史第七十九回名片

灭绝事件:泥盆纪晚期灭绝事件(第二次灭绝高峰)

发生时间:泥盆纪末期弗拉期至法门期(约3.72亿年前)

持续时间:200至300万年

灭绝原因:小行星撞击,全球变冷,海退事件,海洋缺氧,气候混乱

灭绝规模:约75%的物种灭绝

灭绝生物:层孔虫,四射珊瑚和横板珊瑚大部,竹节石,笔石,三叶虫大部,腕足动物大部,甲胄鱼类全部,盾皮鱼类全部,肉鳍鱼类和四足动物大部

继起生物:软骨鱼类,辐鳍鱼类,昆虫,两栖类

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