在二叠纪时期的大陆上,随处可见五六十种不同种类的爬行动物。它们对食物各有偏好,因而能和睦共处。这些动物中有一种叫做二齿兽,和现在的河马差不多大,长着乌龟似的嘴巴,并且是“素食主义者”。
二齿兽的主要天敌是蛇目龙,后者被喻为二叠纪的“丛林大王”,是地球上首批出现的最凶猛的食肉动物,长着比犬齿更锋利的长牙。
蛇目龙向二齿兽发动攻击时,先是猛然跳压在后者的背上,然后以长牙一下子划开二齿兽厚厚的皮肤,露出下面的肉……在长达3000万年的时间里,正是这些奇异的动物在统治着地球。
这是一个繁盛而又稳定的世界,和当今世界一样充满了生存竞争。然而,就在大约25亿年前,地球上几乎所有的生物一下子突然灭绝。有关这些,岩石可以作证。
岩石层是随着岁月的流逝逐渐堆积而成的,越往下面的岩层越古老。因此岩层就记录下历史的情况。而记录着二叠纪末期历史的岩床中却不含有任何动植物化石,这就足以让今天的人们想象;那时的地球变得了无生机一片死寂,既没有什么动物,也没有什么植物,甚至连肥沃的土壤也不存在。也就是说,在此之前的雨林和雨林中的几乎所有动植物一下子荡然无存。
生机盎然的地球突然间沦为了“生态沙漠”,只剩下极少数物种在艰难挣,扎--这就是科学家们所说的“二叠纪生物大灭绝”,也是地球有史以来最大规模也最为严重的灾难,甚至比后来的恐龙灭绝还要可怕得多。恐龙是在距今大约6500万年灭绝的,随之灭绝的还有不少其他物种,但是当时的地球上仍然有超过40%的物种保留了下来。
到二叠纪结束时,地球上95%的物种都灭绝了。对于这一进化历史上最大的倒退,人们至今所知甚少,既不知道发生的原因,也不清楚它是否会重演。许多:年来,科学家们一直在挖掘二叠纪的岩石,希望能从中寻找线索。可是,不管他们怎样寻觅,也未能找到那次大灭绝的原因,因为连哪怕一个足印、一种指纹也没能发现,仿佛那个神秘而又可怕的杀手来无踪去无影。
直到20世纪90年代初,才发现了有价值的线索;在西伯利亚的冻土层下面,深埋着绵延数千千米的火山岩石,被称为“西伯利亚熔岩”。在这片如今覆盖着积雪和植被的地面下,埋藏着地球有史以来最大规模、杀伤力最强的火山爆发的证据。
25亿年前,在当今的西伯利亚,方圆数百万平方千米的地区都着了火。法国巴黎大学的文森特·科蒂洛是对此进行深人调査的首批科学家之一。
根据他的调查结果,当时的火墙升人空中至少16千米,横向绵延至少上千千米,仿佛足以从地平线的一端烧到了另一端。科蒂洛说,那时地壳被撕裂,熔岩如洪流般涌过了几乎整整一个大洲,直到数百万年之后火山喷发才平息。在此期间,一会儿是火山大喷发一个接一个,一会儿又是较长时间的停歇,接着又是一连串猛烈的喷发。
总而言之,当时的火山大爆发喷出了令人难以想象的巨量火山物质,包括熔岩、气体和尘埃等。至于当时的地球上为何会出现如此可怕的火山爆发,原因至今仍不完全清楚。
这么大规模的火山爆发,对当时地球上的生物会造成什么影响?“西伯利亚熔岩”是否正是二叠纪生物大灭绝的“超级杀手”?
尽管无人见过洪流般的超大规模火山爆发,科蒂洛却找到了一条线索:就在4大约200年前,在‘冰岛的一个叫做拉基的地方,一次规模很小但形式相仿的喷发曾一度改变了整个北半球的气候。
当时的美国驻法国大使记录了那次火山爆发对欧洲气候的影响:“空中密布彡火山灰,夏天简直不见天日,8月份就下起了雪,那个冬天是我记忆中最糟糕的冬天。”
据历史记载,1783年至1784年,欧洲出现了奇怪的褐雾,雪下得特别多,从冬:天一直下到了次年夏天。因此那一年被称为“无夏之年”,粮食几乎颗粒无收。如此恶劣的天气,甚至在当时的北美洲、日本和中国都感受到了。
受此启发,科蒂洛推测了“西伯利亚熔岩”摧毁二叠纪地球生物的过程:首先,火山喷发将至少上万吨的尘埃送入大气层,阳光被阻挡,全球气温因此下降,并持续至少几十年,但这仅仅是开始;接着,随着云开日出,熔岩挥发出的超大量气体(其中包含大量二氧化碳)又像棉絮一样将地球包裹,因为二氧化碳是典型的温室气体,并且一“裹”至少就是几千年。所以当时必定会出现全球大变暖。
换言之,当时的地球遭受了双重打击:先是一阵子的严寒,然后是长时间的炎热。如此恶劣的气候剧变,必然会造成生物大灭绝。当然’这一灭绝过程是漫长的,甚至有可能长达100万年。
由此看来,科蒂洛似乎破解了二叠纪生物大灭绝之谜。然而,很多人都认为,科蒂洛的理论所包含的想象成分太多,而直接证据太少。
比如,美国地质学家彼得·沃德就指出,要造成如此大规模的生态灾难,全球气温就必须升高许多,而且这一升高变化还必须是陡然发生的。沃德仔细研究了来自“西伯利亚熔岩”的数据,从而估算出了当时的火山大喷发所能产生的熔岩数量,并进一步算出了这些熔岩所能释放出的二氧化碳总量。
接着,他又算出了这些二氧化碳所导致的全球气温升高程度--最多只有5摄氏度。地质记录显示,当全球温度突然上升4-5摄氏度时,许多物种都会消亡,但绝不至于有95%的物种灭绝。而要造成全球95%的物种消失,全球气温估计需升髙大约10摄氏度。
如此来看,科蒂洛的理论确有缺陷,二叠纪物种灭绝的背后,一定还有更可怕的灾难性事件。
为寻找答案,美国地质学家迈克·拉皮诺于1998年去了一趟阿尔卑斯山--欧洲为数不多的拥有二叠纪化石的地方之一。
此前多年,拉皮诺一直致力于破译二叠纪生物大灭绝之谜,并且清楚地认识到:人们在探索这一奥秘时,没有考虑到这一大灭绝究竟持续了多久?是一下子灭绝,还是经过了一段时间?
拉皮诺认为,二叠纪生物大灭绝的迅速程度与“杀手”的性质必然有关。具体而言,灭绝得越快,就说明“杀手”越凶猛。那么,如何査明这一时间长短呢?拉皮诺采用的是一种新方法。该方法的依据是:记录着二叠纪末期情况的化石是保留在一个薄薄的岩石层中的,只需查明这一岩层花了多长时间来堆积,那么这一时间就代表大灭绝所花费的时间。
二叠纪岩层的上面当然就是接下来的地质年代--二叠纪的岩层,而这两个J岩层之间的薄层就代表着生物大灭绝的持续时间。那么,拉皮诺是如何知道这一时间的长短的呢?其原理如下:地球围绕太阳运行的轨道每23万年就会发生微,小的改变,尽管微小,却能导致全球气候的改变,反映在岩石中就是明显可辨的一个岩层,即每隔23万年就会出现一个岩层’或者说一个周期的岩层厚度就代表着23万年;测量“大灭绝岩层”厚度,发现它占“23万年岩层”的一半都不到。按比例可以推测只有8000~10000年,这也就是大灭绝所花的时间最多1万年这在地质学家眼中简直就只是“一瞬间”’比科蒂洛所估计的100万年快了许多。由此看来,二叠纪生物大灭绝发生得十分突然,因而“杀手”也应该是十分暴烈的。
那么,什么样的“杀手”才可能导致如此恐怖的后果呢?拉皮诺相信,这“杀手”只可能是小行星或者彗星,换句话说,小行星或彗星在25亿年前曾猛烈撞击地球,其威力相当于同一时间在同一地点引爆10亿枚原子弹,造成的震波迅速席卷全球,并在瞬间杀灭方圆上千千米范围内的一切生物,与此同时,数百万吨乃至上千万吨的尘埃遮天蔽日,其效果远非任何火山爆发所能比拟,足以造成全球气温几乎在一夜之间猛降,生物大灭绝就成为必然。
“天地大碰撞”也许令人难以置信,然而却实实在在地发生过。大多数科学家现在相信,6500万年前,正是小行星或彗星撞击地球导致了恐龙灭绝,只不过二叠纪的小行星或彗星“杀手”更厉害。拉皮诺估计,杀灭恐龙的小行星直径至少为10千米,而导致二叠纪生物大灭绝的天体直径至少为15千米。
拉皮诺的答案是否就是最后的定论?也不尽然。任何这么大的天体撞击地球,都不可能不留下痕迹。比如,杀灭恐龙的那颗天体就在墨西哥的尤卡坦半岛上留下了一个巨大的撞击坑。可是,二叠纪撞击坑又在何处呢?来自英国伦敦大学的亚德里安·琼斯博士提出了一个新观点:根本不可能找到这样的撞击坑,虽然它曾经存在过。
传统观点认为,小行星或彗星以高速撞击地壳后会立即形成一个很深的撞击坑;紧接着,坑下被压缩的岩石就会反弹,撞击坑因此会扩大成一个比原来浅得多的坑。琼斯指出,由于二叠纪的天体“杀手”更大,当地壳反弹时,会释放超出想象的极高热量。他进行的电脑模拟显示,首先会形成一个很深的撞击坑,然后反弹成一个浅得多的大坑。紧接着坑中及周围的地壳会因极度髙热而熔化形成熔岩;熔岩首先灌满撞击坑,然后再流出坑沿,撞击坑最终被淹没。
“天体碰撞论”看似完美,却仍需接受进一步的推敲。毕竟如此猛烈的天体撞地球不会只留下一个撞击坑,撞出的岩石和尘埃应该遍布全球问题是科学家们找遍了全球,也未能在二叠纪岩层中找到任何小行星或彗星的痕迹。
在寻找队伍中,来自美国俄勒冈大学的格利戈里·瑞塔拉克教授寻找的目标主要集中在南极洲。20世纪90年代中期,他率领·个探险小组前往南极寻找二叠纪的岩石。
一番找寻之后,有一个岩床引起了他的注意。该岩床正好属于二叠纪末期并且其中包含的石英颗粒呈现出明显异常的特征。石英是地球上最常见的晶体,通常为白色且半透明,而该岩床中的石英颗粒却不仅不呈白色,而且根本小透明。同时在显微镜下面还明显可见这些石英颗粒中包含着奇怪的平行结构,以及被熔化的特征。由此看来,这些石英一定经过极大的强力冲撞,似乎正符合“天体碰撞论”。
然而,当瑞塔拉克进一步检视证据时,却又发现外来天体杀灭恐龙后,不仅留下大量变了形的石英,而且带来了大量主要在外太空才有发现的铱元素(铱元素:在小行星或彗星中很常见)。在瑞塔拉克找到的二叠纪末期者床中,不仅铱元素含量极少,而且变形石英颗粒也不算多,这显然与想象中的“杀手”天体的15千米直径毫不相称。至此,“天体碰撞论”真得打上一个大问号了。
英国利兹大学的地质学家保罗·维格纳一直对“天体碰撞论”持怀疑态度,同时他知道有一个地方可能会给他更多的证据,那就是格陵兰岛,那里是著名的二叠纪岩石之乡,但一直被认为是一个难于探索之地。
20世纪90年代末期,维格纳带队飞往格陵兰岛,决定冒险一试。一番苦苦搜寻之后,他们找到了目标。让他们惊喜的是,这里的二叠纪末期岩层并不像其他地方那样只有薄薄的一层,而是厚达几十米,是已知最完整记录着二叠纪生物大灭绝的岩层之一,其中包含有大量化石。维格纳--眼就看出,“天体碰撞论”大错特错了。格陵兰的岩石显示,二叠纪生物大灭绝远远不是那么陡然发生的,而是呈现出一个渐进的过程。维格纳的小组花了1个月时间来分析搜集到的样1本,经过岩石碎化及滤网筛选,获得了成千上万块化石。
让人大吃一惊的是,对这些岩石的分析表明,二叠纪生物大灭绝实际上经历了3个明显不同的阶段:首先是陆地上的动植物开始消失,这一阶段大约持续了4万年,最终导致部分物种灭绝;然后是海洋生物迅速灭绝,持续时间比第一阶段短得多,物种灭绝也迅猛得多,最终导致海洋生物几乎全军覆灭;最后是陆地上生物的大灭绝。3个阶段总共持续了8万年。至此,大灭绝的持续时间问题巳经解决,然而“杀手”是谁仍然是谜。
不过,维格纳在分析岩石样本时,已经找到了一条能暴露“杀手”身份的线索:就在海洋生物大灭绝刚刚结束、陆上生物的最后大灭绝即将开始之前,碳元素J的数量激增。碳元素通常是在动植物尸体腐烂过程中产生的,可是当时的碳元素增加得太多,仅靠动植物尸体腐烂是根本不够的。维格纳意识到:碳元素的猛增一定对揭开二叠纪末期的生物大灭绝之谜意义重大。
这种想法的产生完全出于一次偶然的机会。美国瑞思大学的吉瑞·迪肯斯是位一心研究能源开采的地质学家,他在与朋友交谈中,听其谈到自己的困惑:岩」石记录显示碳元素数量猛增,问题是哪儿来的这么多碳元素?迪肯斯一下子来了兴趣。
多年以前,他曾在墨西哥湾的一个海上钻井台上勘测一种新能源--甲烷干冰,一种封冻在海底的气体。迪肯斯很清楚,这种甲烷中就含有大量的碳元素。
他还知道,世界各地包括中美洲、美国西海岸、加拿大、澳大利亚、印度尼西亚J等地沿岸的海底都有这种甲烷矿藏,尤其又以大陆架的边缘地带蕴藏最丰富。这种甲烷是有机物在海底腐烂后逐渐累积而来的。
迪肯斯进一步自然想到:二叠纪岩石中的碳元素是否来自海洋?如果是,这些碳元素又是怎么进入岩石中的呢?于是,他开始了调査。由于自然生成的甲烷尊干冰不稳定、并且难于提取,所以迪肯斯在实验室中制出了样本。他想知道的是:
怎样让甲烷干冰从海洋深处上升至大气层中?为此,他把少量的人造甲烷干冰放人温水中,结果立即发生分解,并放出大量富含碳元素的气体。
这就比较明确地证实了他的怀疑:二叠纪岩石中碳元素含量的剧增正是甲烷大量释放的结果。不仅如此,他还发现了很重要的一点:海底水温只需增加5摄氏度,就会导致海底甲烷释放出来。
1999年,迪肯斯发表了自己的研究结果。他没有想到的是,在8千米外的英国,保罗·维格纳惊喜地拜读了他的发现。维格纳立即意到:这不正是二叠纪生物大灭绝故事中漏掉的一个重要环节吗?维格纳还进一步想到:如此大量的甲烷释放出来,会对全球气候造成什么影响?甲烷也是典型的温室气体之一。电脑模拟显示:一旦有足够的甲烷进人大气层,全球气温就可能上升4~5摄氏度。
4-5摄氏度并不足以杀灭全球物种,维格纳意识到这只是故事的一部分,因为在甲烷干冰融化之前,一定已经有某种因素让全球气温上升了4~5摄氏度,然后甲烷再让全球气温上升4~5摄氏度,两者相加正好是10摄氏度左右,足以导致几乎一切生物的灭亡。根据这些资料,维格纳认为来自格陵兰的证据在向他述说着什么:二叠纪杀手不是一个,而是两个。