二疊紀末陸地生物大滅絕臭氧層空洞竟然是“兇手”

馮偉民

二疊紀末生物大滅絕是顯生宙五次生物大滅絕中規(guī)模和影響最大、最為慘烈的滅絕事件。歷時近3億年的古生代生態(tài)體系遭遇了根本性的顛覆，約81%的海洋物種和89%的陸地物種滅絕了。其中，三葉蟲、四射珊瑚、床板珊瑚和？類有孔蟲完全滅絕，其他動植物絕大多數(shù)也退出了演化歷史舞臺。

對于此次生物大滅絕的原因，研究者大多指向西伯利亞大規(guī)?；鹕絿姲l(fā)這個“兇手”。但在過往研究中，科學(xué)家對于海洋生物滅絕探討較多，而對于陸地生物滅絕的原因及證據(jù)研究卻比較少。

近日，中國科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所研究人員與國外學(xué)者組成的團隊通過研究發(fā)現(xiàn)，臭氧層的破壞使紫外線輻射增強，成為導(dǎo)致二疊紀末陸地生物大滅絕的“兇手”。

1、“保護傘”分量雖少，但正好適宜生物生存

臭氧層是23億年前第一次大氧化事件的產(chǎn)物。當?shù)厍驈臒o氧環(huán)境變?yōu)橛醒醐h(huán)境，伴隨著大氣中的氧氣不斷增多，氧氣與紫外線發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，氧分子被分解為兩個氧原子，孤立的氧原子與其他氧分子相結(jié)合形成了O3，即臭氧。臭氧吸收紫外線，被分解為氧分子和氧原子，產(chǎn)生更多臭氧，于是形成了臭氧層。

作為地球生命的“保護傘”，臭氧層吸收了對生命有害的太陽紫外線，免除了對生物來說最重要的DNA的破壞。在紫外線三種類型中，最具破壞力的短波長紫外線和中波長紫外線能量巨大，能夠到達生物的細胞內(nèi)部，破壞DNA。因此，臭氧層就像是保護地球生物的重要“宇航服”，其分量雖極少，只占大氣總量的百萬分之一，卻不多不少，正好適宜生物生存。

臭氧層形成這種微妙平衡的過程，可以說是近乎奇跡。但是，如果臭氧層出現(xiàn)空洞或稀薄，將使地球生命面臨災(zāi)難性的后果。

2、花粉粒中“防曬霜”含量出現(xiàn)異常變化

生物為了適應(yīng)環(huán)境，總會激發(fā)自身的潛力，演化出一些調(diào)控機制，以減少環(huán)境巨變對自身帶來的傷害。例如，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在植物的孢子和花粉的外壁中含有大量香豆酸和阿魏酸化合物，其功能與“防曬霜”十分相似。植物體的生殖細胞就利用這些化合物，通過形成共振穩(wěn)定的酚自由基，抵抗紫外線引起的氧化作用，從而保護脆弱的孢子和花粉，保障陸生植物的傳播和繁衍。

專家通過分析我國西藏南部陸相二疊—三疊紀過渡剖面中的一些畸形孢子和花粉，推測出這些畸形孢子和花粉，是由于西伯利亞大火成巖省噴出的鹵族元素造成全球臭氧層破壞，誘發(fā)紫外線輻射增加引起的。

另外，植物體為了抵御紫外線對葉肉細胞的破壞，還會在其葉片中大量合成葉黃素、香豆酸和阿魏酸等，這就勢必相應(yīng)減少了葉綠素的合成，從而降低植物體光合作用，減弱植物體對于溫室氣體吸收能力，最終加重二疊紀末期火山噴發(fā)引起的全球溫室氣體。

同時，葉肉中的葉黃素、香豆酸和阿魏酸等化合物的營養(yǎng)價值較低，大大影響了食草動物以及昆蟲的消化，所以紫外線輻射的增加，間接影響了陸地食物鏈，這可能是導(dǎo)致二疊紀末陸地食草動物，以及昆蟲大滅絕的重要原因。

3、臭氧層空洞不容忽視

今天的地球，臭氧層的狀態(tài)同樣令人揪心?？茖W(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，臭氧層的盈縮變化一直處在波動中。就在上世紀下半葉，南極上空的臭氧層空洞面積不斷擴大，曾經(jīng)一度達到了2500萬平方公里。其罪魁禍首就是人類制造的氟利昂。不過，最近幾年在全球人類的共同努力下，減少了氟利昂的排放，南極上空的臭氧層空洞正在慢慢愈合。

但美國國家航空航天局發(fā)現(xiàn)，在北極的上空又出現(xiàn)了一個面積相當于澳大利亞的巨大臭氧層空洞。而北極出現(xiàn)臭氧層空洞所引發(fā)的問題更加危險，因為世界上大部分的人口都生活在北半球。2020年春，北極上空的臭氧層空洞一度擴大，損失的臭氧含量達到2011年以來的最大值，其原因則與當時出現(xiàn)了一股強大的平流層極地渦旋有關(guān)，聚集在渦旋中的鹵族元素促進了臭氧的分解，導(dǎo)致了臭氧層出現(xiàn)空洞。

顯然，臭氧層破壞的原因比較復(fù)雜，包括人類和自然等因素。幸運的是，今年初，聯(lián)合國專家小組發(fā)布報告稱：“臭氧層正在穩(wěn)步恢復(fù)”。但是，當我們審視地球歷史上臭氧層破壞造成生物數(shù)次大滅絕的教訓(xùn)時，就應(yīng)認識到，人類對于臭氧層的保護不能存在一絲一毫的僥幸。

保護臭氧層不僅有助于防護紫外線，還有利于應(yīng)對全球變暖，但臭氧層這頂?shù)厍蛏锏摹氨Ｗo傘”其實非常脆弱，人類決不能忽視臭氧層空洞問題，否則類似地球歷史上的生物大滅絕將會再次降臨。