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海洋科学家 -研究海洋的科学家

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没有氧气,就没有地球今天的生机盎然,这是大家的共识。我们目之所及的生命,几乎都是靠呼吸氧气来生存的。

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尤其在二氧化碳排放严重、温室效应持续拉高地球温度的情况下,大家更怀念氧气多一点的时代。然而,你可能想象不到,氧气也不是多多益善的。在那些氧气含量丰富的时代,地球的日子同样不好过。

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(图片说明:生物大灭绝)

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昨天我们刚刚介绍过,科学家最近的一项研究表明:大约在24亿年前,由于地球自转速度减缓,给蓝藻提供了光合作用的契机,合成了大量的氧气。这些氧气给地球孕育复杂生命打下了坚实的基础,这段时期也被称为地球的大氧化事件。

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但我们当时没有提及的是,大氧化事件之后随之而来的,就是地球上的一场空前灾难,以至于地球差一点成为完全没有生命的炼狱,那就是著名的雪球地球事件。

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氧气占据了大量原本由温室气体占据的含量,导致地球温度急剧下降,甚至低于了冰点。寒冷的天气让地球表面迅速结冰,冰盖甚至接近赤道!由于冰是白色的,更有效地反射了阳光,形成恶性循环,进一步降低了地球的温度,让地球成为了冰封的死亡世界。

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(图片说明:雪球地球)

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直到后来,地球迎来了巨大的火山爆发,融解了这些冰,才让地球重新回到了宜居的气候。若不是幸运地迎来了火山爆发,地球不可能孕育出今天这样的生命。

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不管怎么说,24亿年前,地球上还只有像蓝藻这样的简单生命,所以雪球地球事件虽然恐怖,却谈不上生物大灭绝。然而,到了2.52亿年前,地球迎来了一次真正的大灭绝事件。而导致这次大灭绝的,很可能也是因为氧气的爆发。

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在我们地球的历史上,一共发生过5次生物大灭绝事件,其中以2.52亿年前上演的二叠纪生物大灭绝尤为恐怖。由于它一直延续到三叠纪时期,因此又被称为二叠纪-三叠纪生物大灭绝。在这次大灭绝事件中,大约90%的海洋生物和70%的陆地脊椎动物物种彻底消失。比如我们熟悉的史前生物三叶虫,也是在这次事件中灭绝的。

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(图片说明:三叶虫化石)

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关于二叠纪生物大灭绝的一些细节,科学家们依然充满了疑惑,比如它的起止时间,比如它的主要原因等等。此前的研究认为,造成这次灾难的根源,可能在于气候剧变、火山喷发等等因素。

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在最近一项新的研究中,科学家们指出了一个此前被忽略的细节,或许与这次灾难有一定的关系。那就是在大量生物被迫退出历史舞台的同时,地球的氧气含量发生了剧变。

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来自佛罗里达州立大学(FSU)的地球科学家Sean Newby等人发现,就在二叠纪大灭绝事件开始的时期附近,地球海洋的含氧量突然大幅激增,并且一直持续了几万年的时间,才开始逐渐稳步下降。

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Newby说道:“从地质记录的角度上讲,这个时长几乎就是一瞬间的事。当然了,你也可以将它和现代人类引发的气候变化进行对比。我们在远不及此的时间内,带来了巨大而又严重的变化。”

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然而,仅仅是最近一百多年地球大气中二氧化碳的提升比例,就导致大量的生物灭亡,以至于很多人将今天称作是第六次生物大灭绝。因此,在持续数万年的时间里引发的氧气含量剧变,导致史上最恐怖的大灭绝事件也就不足为奇了。

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那么,研究人员是如何推测数亿年前地球的氧气含量呢?

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目前来说,同位素分析法是比较可靠并且常用的。通过对海洋沉积物中铊同位素的分析,研究人员可以推测出几亿年前海洋的化学物质组成,从而判断氧气的含量。

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(图片说明:二叠纪生物还原图)

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在此之前,就有研究人员进行过相关的研究。当时发现,在整个二叠纪生物大灭绝的过程中,海洋中的氧气含量始终处于下降的态势,科学家称之为海洋缺氧现象。

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不过,这一次的研究人员发现,在那一次海洋缺氧之前,氧气含量还经历过一次激增。正是这个被忽略的细节,暗藏着重要的秘密,或许能够解释大灭绝事件的发生原因。

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目前来说,科学家还不知道是什么原因导致了这次氧气的激增,但看起来,这对于生物来说似乎不是一件好事。研究人员推测,在海洋氧气含量上升然后下降的这个过程中,海洋生物迎来了双重挑战,这比单纯的下降还要危险。

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Newby介绍说:“此前的研究认为,环境中氧气含量的降低导致了灭绝事件的发生,DNA当时的理论认为这是一种渐变的过程。我们惊讶地发现,这种超高速的氧化事件恰好与灭绝事件的起点相重合,随后才转而降低到正常水平的。”

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同样来自于佛罗里达州立大学的海洋生物化学家Jeremy Owens说:“由于当前的生物适应了较高的氧气含量,导致氧气的减少显得尤为关键。如果原本环境的氧气含量就不高,那就会有很多的生物能够适应这种环境。所以说,任何一种剧烈的波动,都会产生巨大的影响。”

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(图片说明:二叠纪环境还原图)

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接下来,研究人员希望对其他几次大灭绝事件进行研究和分析,看看其中是否也有类似的情况发生。更好地了解氧气激增的原因,不仅有助于我们推测大灭绝事件的因果,也可以指导我们如何看待今天的气候危机及其持续性的影响。地球生物已经因为大气成分的变化迎来过至少一次大灭绝了,这一次是否还会导致灭绝发生,还需要科学家们的深入研究。

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