大约在4.97亿年前，晚寒武纪时期发生了一次全球性的碳同位素异常波动事件，在200万至400万年的时间跨度内，碳同位素的变化幅度达到了6‰。在这一时期，全球海洋中的三叶虫生物群遭受了大规模的灭绝。然而，碳同位素为何会出现这种异常波动，以及这种波动如何导致三叶虫的消亡，一直是过去30年间科学界争论不休的课题。
“主要元凶”：海洋缺氧现象
近期，中国科学技术大学地球与空间科学学院的沈延安教授团队在研究寒武纪三叶虫灭绝事件方面取得了新的突破。他们的研究成果已发表在6月最新出版的国际顶级地球科学期刊《地质学》上。
通过采用创新的研究方法，沈延安教授团队对寒武纪时期的浅水和深水沉积物进行了高精度的碳同位素分析。沈延安教授解释道：“我们的研究揭示了碳同位素在时间和空间上的变化特征，并发现了晚寒武纪海洋浅水和深水之间的显著差异，这有力地证明了晚寒武纪海洋与现代大洋在化学结构上的不同。研究结果表明，驱动晚寒武纪海洋碳同位素时空变化的主要原因是当时海洋深部区域的缺氧现象，而大规模的海洋缺氧直接导致了全球海洋中三叶虫的生物灭绝。”
“次要元凶”：重金属含量上升
然而，这里存在一个亟待解决的问题：尽管海水缺氧可以导致部分海洋生物的死亡，但许多生物仍然生活在较浅的海域，这些区域通过与大气的氧气交换，氧气供应并不匮乏。那么，这些生物是如何灭绝的呢？难道除了缺氧之外，还有其他“帮凶”吗？
最近的一些研究提供了重要的线索。现代工业活动将大量重金属排放到海洋中，无论是非必需元素还是过量的必需元素，都会对海洋生物造成严重的畸变影响，从微小的浮游生物到大型鱼类，无一幸免。
然而，4亿多年前的地球并没有人类活动的干扰，那时的海洋中重金属含量是否也会富集呢？答案是肯定的，而且那时的海洋重金属含量比现代海洋高出许多。这些重金属从何而来呢？实际上，它们一直存在于海洋中。
海洋形成初期，曾经充满了各种可溶的低价金属离子。但在数十亿年前，随着光合作用生物的兴起，海洋中出现了新的成分——氧气。氧气与还原性低价金属是不相容的，经过数亿年的化学反应，铁、锰以及几乎所有其他重金属离子都转化成了不溶的氢氧化物沉淀，并被封存在海底。
然而，有一种情况可以打破这种封印，使这些金属重新释放到海水中，那就是缺氧。一旦海水缺氧，铁、锰氢氧化物就会被还原，各种金属离子得以重新进入海水。它们随着洋流扩散到海洋的每一个角落，包括浅海浮游生物的栖息地。这些高含量的重金属抑制了生物的正常生长和繁殖，最终形成了深海环境与浅海生物灭绝之间的联系。
“协同元凶”：硒含量下降
硒是所有动物和绝大多数植物生命活动中不可或缺的必需微量元素，抗氧化酶和硒蛋白的构成都离不开硒元素。
海水中硒的主要来源是陆地岩石的风化作用。这些曾经埋藏在海底的沉积岩，在漫长的地质过程中被抬升到陆地上，并接受风化作用。在正常情况下，高价态的硒离子在这一过程中被释放出来。由于高价硒离子易溶于水，它们通过河流的运输回到了海洋中。
然而，在寒武纪末期，随着大气中氧气含量的下降，以及海水中浮游植物的相继死亡，海洋中的氧气含量也随之减少。在氧气不足的还原条件下，硒以低价态形式存在，这些低价硒不溶于水，因此很难重新进入海水中。海洋生物渴望摄入硒，但由于硒的缺乏，这可能是包括三叶虫在内的海洋生物灭绝的另一个重要原因。
寒武纪三叶虫灭绝的“连环杀”之谜
来源：科技日报
作者：吴长锋
声明：本文图片来源于“东方IC”
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