白垩纪末生物大灭绝

冯伟民

距今6600万年前发生的白垩纪末生物大灭绝，导致了中生代海陆空霸主，如空中霸主翼龙、陆上霸主恐龙和海里霸主鱼龙等悉数退出演化舞台，爬行动物开创的盛世伟业就此落下了帷幕。白垩纪末生物大灭绝包括了非鸟恐龙的灭绝，因而成为公众最著名和了解的灭绝事件，也是科学家一直以来高度关注和持续开展研究的事件。在历次显生宙大灭绝事件研究中，白垩纪末生物大灭绝的假说最多，其中许多探究对现实而言也有着重大的启示和借鉴意义。

大灭绝前的生态环境及生物群面貌

白垩纪根据地层、生物群等特征，可以清楚地划分为早期和晚期。早期时限4500万年（即距今1.45亿年至1亿年间），它基本上继承了晚侏罗世的特征，即全球联合古陆进一步解体，此时，大西洋进一步扩大，印度板块阿拉伯板块等开始与冈瓦纳大陆分开；白垩纪初，太平洋洋底爆发有史以来规模最大、烈度最强的岩浆喷发，覆盖了地球千分之四面积，形成了许多巨型海底高原，烘托起海面大幅度上升，比现代海平面高出200多米，各大陆分离加剧。由于大西洋形成过程中大洋洋中脊和太平洋海底岩浆大规模喷发，使得大气二氧化碳浓度急剧上升，是当今大气二氧化碳的4-8倍。强烈的温室效应使地球气温比现在高平均6度，使当时地球两极冰川消失。

大陆岩浆活动剧烈，岩浆侵入多，火山喷发频繁，但气候比较温暖潮湿，适合生物的繁衍与生长。植物界仍是裸子植物统治的天下，它们有松柏类、苏铁类、本内苏铁类、银杏类等；不过被子植物也开始出现了，所以地球上到处是郁郁葱葱。河湖中无脊椎动物的腹足类、双壳类、叶肢介、介形类，脊椎动物的鱼类、鳄类等都很繁盛。陆上脊椎动物的蛇、乌龟、小型蜥蜴、大型蜥脚类草食恐龙和兽脚类的肉食恐龙多样，尤其是霸王龙横空出世，恐龙家族独霸天下。鸟臂目的恐龙如甲龙类、角龙类、肿头龙类、鸭嘴龙类等悉数登场。空中的翼龙仍占统治地位，但早期鸟类——反鸟类已发展起来了，昆虫繁盛；海洋中无脊椎动物的菊石类、箭石类、腹足类、双壳类、珊瑚类、苔藓虫类、有孔虫类、海胆类，仍较繁盛；海生爬行动物，如鱼龙、蛇颈龙及各种鱼类也很丰富，所以整个生物界仍呈现一派繁荣的景象。

但到了白垩纪晚期（时限3400万年，即距今1亿年至6600万年间），地球生态环境发生很大变化，由于长期火山喷发，空气污染较重、气温升高、加上发生全球大规模的海退，陆地迅速扩大，从而导致全球气候变得越来越干旱、越来越炎热，使得生态环境开始恶化，许多适于潮湿环境的裸子植物开始衰落，虽然被子植物能适应干旱、炎热气候，但它们数量少，不占统治地位，所以地球上的植被范围迅速缩小，植被少，沉积物中有机质就少，加上气候干旱，所以就形成了大片红色地层及厚厚的蒸发岩（如石膏、岩盐）及钙质层，我国北方和南方当时就分布着大片红色地层，植被大量减少。因此，晚白垩世地球环境朝着不利于生物演化的方向变化。

白垩纪末生物大灭绝

非常惨烈的大灭绝

白垩纪末生物大灭绝尽管不是显生宙历次大灭绝中规模最大和影响最为深远的，但仍是一场极为惨烈的大灭绝。当时许多目、科级单元的生物全部灭绝了，如脊椎动物亚门中的爬行纲翼龙目、恐龙类的蜥臀目和鸟臀目，海生的蜥鳍目的幻龙类和蛇颈龙类、楯齿龙目、鱼龙目中的有些鱼龙类，这些当时地球生物界的霸主全都灭绝了，这确实是极其惊人的事件。除此以外，还有大量海生软骨鱼类和硬骨鱼类也灭绝了，据统计，当时的脊椎动物超过一大半都从地球上消失了。

但是，当时陆地爬行动物中的蛇、蜥蜴、乌龟、鳄鱼等类群和哺乳动物纲中的单孔目的鸭嘴兽（卵生哺乳类）、有袋类（如负鼠）以及最早期有胎盘类（如食虫目）等类群，都躲过大灾难，残留了下来。

海生无脊椎动物中的菊石类在大灭绝前有34个属，在大灭绝中全部消失了，灭绝率竟达到100%，箭石类只有4个属，也全灭绝了，其余的虽未全部灭绝，但灭绝率也是比较高的，如海绵动物有261个属，就灭绝了160个属，仅剩101个属，灭绝率也高达61%，还有珊瑚、有孔虫，等等。显然，海生无脊椎动物在大灭绝中有超过一半的属灭绝了，仅有47%残存下来。

陆生植物在大灭绝中当然也未能幸免，其中裸子植物的本内苏铁类植物全部灭绝了，只有苏铁类、银杏类植物少数幸存下来。不过裸子植物经此大灭绝后，从此一蹶不振，很快从植物界的霸主地位上跌落下来。被子植物在白垩纪早期就开始兴起，尽管其数量还远不能与裸子植物相比，但像山毛榉、榕树、木兰、枫树、栎树、杨树、樟树、胡桃树和悬铃木等，虽受到大灭绝的摧残，却有许多属种都存活下来，并为大灭绝后的大发展奠定了基础。

大灭绝的原因

经历了这场大灭绝的浩劫，地球历史上霸主地位最为显赫，形象最为高大威猛的爬行动物大都消失了，广袤的天空再无翼龙飞翔的踪迹，地上和海里残存的只是那些“丑陋”无比，大都只能贴附地表爬行或游移的家伙。那么，是什么原因导致了这一可悲的结局呢？

白垩纪末的生物大灭绝很早就被注意了。在1812年法国学者居维叶就据此提出了“灾变论”，认为地球上的生命进程中曾多次被可怕的事件所打断，大多数的这种灾变是突然的。当然这一理论在当时遭到很多人反对。从那时至今已近200年了，争论也由是否存在大灭绝到引起大灭绝的原因是什么？前者已无人怀疑了，地球确实存在过大灭绝事件；而后者至今还在争论，如恐龙大灭绝的原因，其假说就有近百种。

灭绝原因多样

在众多假说中，最引人注目的假说无疑是近来越来越热的陨星撞击说。这一假说是1970年由马克拉伦首先提出的，但由于证据不多，未引起人们的瞩目。1980年美国科学家诺贝尔奖获得者阿尔瓦雷兹等人在意大利等地白垩系顶部黏土层中发现了高含量的铱（Ir），从而有力地支持了这一学说。因为地球上的铱含量在地壳和沉积物中极少，但在天体中铱含量却很高。因而黏土层中的铱应是天体陨星撞击地球时带来的，而撞击造成大量粉尘被抛至天空，遮天蔽日，气温骤降，植物枯萎，最后导致恐龙难以生存，终于灭绝了。

阿尔瓦雷兹等人的发现在科学界产生了极大震动，探究地球史上生物大灭绝成为了科学界一大热点。后来，提出的显生宙五次生物大灭绝事件，使大灭绝研究热潮持续至今，研究成果不断涌现。

白垩纪末陨星大撞击之所以越来越多地被人们所接受，其原因在于不断有新的证据被发现，例如，铱元素异常在全世界已发现有3000多处，这包括海地、丹麦、奥地利、德国、意大利、西班牙、中国、印度、南美洲、新西兰、加拿大、美国等，在白垩纪末薄薄的地层中都发现了异常高的铱含量，在丹麦，其铱含量竟比其它地层高出160倍；在这段很薄的地层中还发现了由于撞击形成的高温而使地层中的石英形成了玻璃微球粒和冲击石英，以及有机碳形成的碳质小球、黏土岩形成的透长石微球粒。在南美洲的海地，在铱异常之下还发现有由冲击形成的半米厚溅射层和界线处的由高温形成的变质矿物；美国航天局通过卫星遥感技术在墨西哥湾的尤卡坦半岛发现地下1公里深处有直径60公里的圆形构造，内有白垩纪晚期海相地层，外围还有直径近180公里的环形构造。科学家判断这一构造应为陨星撞击地球时遗留下的撞击坑。

诚然，陨星撞击说可以解释它是如何造成了距今6600万年地球上大批生物在短时间内的突然灭绝。但它却很难解释以下几种现象。例如，大灭绝之前的几十至上百万年间，为何已有大批生物遭到灭绝？如许多恐龙在大灭绝前早已灭绝了；再如，在恐龙最繁盛的侏罗纪，恐龙蛋化石很少被发现，而在恐龙大灭绝之前的几十万、百万、甚至千万年间却可以找到成千上万一窝窝没有孵化的恐龙蛋；再者，在一些地方大批恐龙埋藏层是出现含铱异常的地层之下的1米或几米处的地层中，也就是在爆炸之前就已灭绝了，等等。显然，白垩纪末大灭绝还需要其他假说来解释。

科学家很早就开始研究白垩纪火山活动，发现白垩纪时期是全球火山最大规模、频繁喷发的时期，不仅有海底火山喷发，也有陆地火山喷发。火山影响了海水的热平衡，进而引起陆地气候的变化，从而影响了需要大量食物维持生存的恐龙等生物。伴随喷发出大量二氧化碳（CO2），从而产生温室效应，引起温度灾难性地上升，如白垩纪末的火山大喷发，就使当时的气温升高10℃；另外，二氧化碳大量溶于海水，使海水水体PH值下降，形成了碳酸钙不能沉淀的环境，从而抑制了钙质浮游生物的生存，甚至导致生物大灭绝；而酸性火山喷发时由于岩浆黏度大，喷发力强，因而会产生大量粉尘和毒物，类似小天体撞击地球的效应，包括遮天蔽日，气候变冷频繁等效应，污染了大气和海洋，从而导致大量生物死亡。

法国古生物学家经过大量研究，发现白垩纪地球气候变化强烈，认为白垩纪晚期，全球海平面下降，海水从欧洲大部分地区撤出，整整退了几千公里。还有整个北非、撒哈拉大沙漠区、中东和南美洲西部也发生大规模海退，从而形成大陆性气候，使气候变热、变干，因而导致植物大量减少，极大影响了恐龙的繁盛。

我国科学家赵资奎通过恐龙蛋研究提出了恐龙繁殖受挫假说。他发现这一时期的恐龙蛋的许多蛋壳变薄，而有的蛋壳又过厚，或胚胎发育不全，导致许许多多的蛋无法孵化出来。例如，在广东南雄盆地有的地方高达75%的恐龙蛋没有孵化，以至于恐龙蛋一窝窝完整地被遗留下来。中国台湾地区学者在西峡考察研究时，认为蛋内可能曾有细菌繁殖。这些都说明由于当时环境恶化、食物匮乏、使得恐龙蛋发育不全，甚至不能受精，致使恐龙蛋无法孵化，使恐龙的繁殖严重受挫，导致恐龙家族急剧萎缩，最终灭绝。

灭绝时间持久

众多假说表明，白垩纪末大灭绝原因非常复杂，陨星撞击威力巨大，但只是最后一击罢了。印度次大陆火山持续不断和大规模地喷发了100多万年，大量的火山物质堆积在德干高原地区，其体积几乎相当于两倍法国的领土上堆积了3000米厚的火山物质，真是令人惊叹！在太平洋沿岸的日本及我国东部沿海，北自黑龙江，南至海南岛，特别是浙江全省及部分福建地区，火山活动也很频繁，长达上千万年断断续续的火山喷发，使浙江全省堆积了巨厚火山岩系地层。在江苏南部也有大量火山爆发，在南京铁心桥一带就有上千米厚的火山沉积物，足见其喷发时间之长、规模之大。

纵观地球的多次生物灭绝事件，都清楚地表明生态环境严重恶化才是造成生物灭绝的根本原因。虽然不同时期造成生态环境恶化的原因和强度等不尽相同，因此灭绝强度和延续时间也不同，但其恶果都是造成了生物界难以承受的灾难，都需要经过非常漫长的残留和复苏过程，才能走上正常的演化之路。但事物的辩证法告诉我们，正是白垩纪末的生物大灭绝使得历经磨难的生物界迎来了哺乳动物和被子植物的大发展，并诞生了我们人类，呈现了当今地球独特的生物面貌。