古代生物大灭绝告诉我们关于未来的信息

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P2.52 亿年前的盘古大陆——世界末日降临。西伯利亚已经喷发了 30 万年，仍在喷发，并且不会停止。请注意，这不是火山，而是西伯利亚——两百万平方英里的区域。一个化脓、滚滚、大陆规模的荒地，充斥着发光的岩石和蒸汽。海洋曾经因角珊瑚和海绵礁而光彩夺目，现在却变得酸涩，充满了汞。它们滚烫如汤，冒出致命的沼气，滋养着由飓风搅动的恶臭粘液层。海底空无一物，在经历了 2.5 亿年后，爬行的三叶虫也灭绝了。在这片腐臭的海洋旁边，在一个被摧毁的超级大陆的海岸上，森林消失了。取而代之的是，滚烫的河流以宽阔的分支流过死寂的土地。真菌在曾经生长着茂密蕨类植物的地方蔓延，那里曾上演过充满獠牙和盔甲的争斗——恐头兽与锯齿龙的搏斗。它们最后的骨骼现在被热风侵蚀，被未经臭氧层过滤的灼热阳光漂白。夜幕降临，奇异的星座照亮了死寂的海浪，拍打着死寂的海岸，从死海中抛掷出古老而死寂的珊瑚礁碎片。气味难闻至极。地球是一片废墟，充满了粘液和热量。海洋窒息而死。细菌堆蔓延开来。十万个太阳在一个毫无希望的世界上升起又落下。十万个春天来临，却没有任何喘息的机会。这里仍然几乎寸草不生。一百万年的苦难过去了。一千万年过去了。

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最终，地球终于重生了——这次迎来了恐龙、鱼龙、翼龙、哺乳动物、海龟和鲟鱼——仿佛一个全新的故事已经开始，充满活力、自信和生机：中生代。旧的故事太过黑暗，不忍复述，早已被归档在地球巨大的档案柜深处，连同刻在岩石上的墓志铭，用地球化学写成：二氧化碳摧毁了这个世界。

生物大灭绝不仅仅是地球历史上糟糕的日子。它们甚至不是非常糟糕的日子。它们是整个五亿年复杂生命历史中最、最糟糕的日子。它们极其可怕、极其罕见，是全球性的“诸神的黄昏”，终结了地球上大多数生物的血脉。它们是可怕的、超现实的东西：两万年的令人窒息的温室高温，期间穿插着火山冬天爆发或一个下午的天体恐怖和海啸。直到 1980 年左右，它们还主要被认为是不可靠的推测。

在过去的两个世纪里，地质学领域，就像化石记录本身一样，其特点是经历了漫长的停滞期，期间穿插着令人兴奋的剧变和创新时刻。要为现代地质学研究确定一位奠基人物可能有些武断，但苏格兰地质学家詹姆斯·赫顿无疑是一个不错的选择，他在揭示我们脚下“时间的深渊”方面做出了巨大贡献。1788 年，在苏格兰东海岸的西卡角，他发现了一处由两种岩石构成的露头，一种堆叠在另一种之上，在中间突然相遇。但底部的岩石——深海淤泥的层理——是在海底形成的，侧向倾斜，被推入空中，并被风和侵蚀削平。而顶部的岩石则是在陆地上的热带河流中形成的。两种岩石之间隐含的缺失时间，现在连接在一起，但被一个难以想象的差距隔开，这让赫顿震惊不已。他的著作晦涩难懂，令人印象不深；他显然将他所有的雄辩都留给了一个令人难以忘怀的观察，即在脚下混乱的地球中，“我们找不到任何开始的痕迹，也看不到任何结束的希望。”尽管到目前为止，人类的历史一直在浅滩中上演，但事实证明，时间是深邃的。

地质学家抛弃了圣经时间和诺亚洪水的束缚，他们新的领域在几十年间成熟起来，这在很大程度上得益于在新兴的工业时代中发现煤炭和矿产的重大物质奖励。地球生命的故事，尽管支离破碎且引人入胜，但仍在缓慢地展现自身。

在本杂志于 19 世纪中期创刊时，地质学领域正处于青春期。它仍然由有钱人主导——那种在油画和石版肖像中被幽默地描绘出来的戴着领巾的业余爱好者。玛丽·安宁等女性的贡献，这位无与伦比的化石猎人，她搜遍了英国海岸线，挖掘出散落在饱受海浪侵蚀的侏罗纪海岸的当地“蛇石”和“石鳄鱼”，却只得到了羞怯的承认。尽管当时的大众科学头条新闻仍然暗示着某种初级状态（“专家怀疑太阳实际上是在燃烧煤炭”），但到本世纪中叶，地质学仍然被确立为一门经验性的、系统化的探究领域，其根源可以追溯到古代——启蒙时代“自然哲学”中涌现出的众多此类知识漩涡之一。也就是说，它现在有了规则。这些规则具有欺骗性地简单而强大。现在以不寻常的角度支撑在陆地上的海洋岩层，一定曾经在遥远的年代平铺在海底。刺穿这种石质提拉米苏的古老岩浆岩脉，一定是在之后的某个时间将它们的枝条伸入分层岩石中。埋藏在这些岩层中的化石可以与那些化石和那些具有相同层位的岩石相关联，就在那边。

1860 年，英国地质学家约翰·菲利普斯借鉴了此前几十年化石收集的劳动成果，以及散落在优雅专著中的越来越多的古生物学文献，绘制了一条令人惊讶的现代地球生命丰富度曲线，这是有史以来的第一张此类图表。该图表中不祥地包含了生命中的两次深刻衰退：一次崩溃将三叶虫点缀的古生代与恐龙出没的中生代分隔开来，另一次暴跌将中生代与我们自己的新生代分隔开来（所有这些术语都是菲利普斯的发明）。化石生命中的剧烈断裂暗示了某种古代灾难，它划分了伟大的时代，并支持了亵渎神灵的观点，即物种——也就是上帝的造物——可能会灭绝，这个观点是半个世纪前由著名的法国博物学家乔治·居维叶提出的。在考虑到散落在新大陆的奇怪的大象骨骼，猛犸象和乳齿象（“俄亥俄动物”）时，居维叶提出，地球上的生命，就像法国的统治一样，可能会在“革命”中被扫荡一空。菲利普斯的图表提供了接近定量的证据，菲利普斯本人认为，每一次复苏都包括独立的上帝创造行为。然而，还需要一个多世纪的时间，人们才会再次认真对待生物大灭绝的观点。

这是因为，到 19 世纪末，地质学领域仍然受到“均变论”这一持久框架的主导，并将继续受到其主导几十年。查尔斯·莱尔普及的这一概念概括为一个仍然教给地质学学生的口号：“现在是过去的钥匙。”也就是说，今天在地球表面起作用的缓慢过程——雨水对岩石的持续但并不引人注目的作用，河流对高地的必然切割，或沙子堆积成沙漠沙丘——一直以来都以同样乏味的方式作用于地球，并且可以解释我们在岩石记录中发现的一切。查尔斯·达尔文在这幅广阔的时间画布上绘画，他将提出，同样微小但稳定的生物变化经过世代积累，并经过无情的生死竞争的过滤，并在赫顿的漫长年代里扩展开来，可以产生地球上今天“最美丽”的“无尽形式”的生命。在对行星历史的这种有节制的描述中，明显缺少了居维叶和菲利普斯粗俗的灾难性事件。

20 世纪中期，地质学被板块构造革命颠覆——曾经边缘化的观点得到证实，即大陆像无舵之船一样在世界各地漂移。即便如此，关于突然发生的灾难性全球生物大灭绝的观点仍然充其量是可疑的。灾变论令人毛骨悚然，让人想起一个蒙昧的科学前世界，在那里，反复无常的神灵让世界遭受清洗性的全球破坏。更糟糕的是，关于恐龙为何消失的猜测已成为怪人的家庭手工业，而严肃的科学家对与一群人联系起来感到紧张，这些人提出了数十种其他不连贯的关于恐龙灭绝的想法，包括“大脑萎缩和随之而来的愚蠢”、“头部发育得‘太重而无法抬起’”、“精神病性自杀因素”、“与毛毛虫竞争”、“终末性花粉热”和“恐龙放屁产生的甲烷中毒”。然而，正统观念开始破裂。

“新灾变论？”反传统的德国科学家奥托·辛德沃尔夫在 1963 年询问他的古生物学家同行，试图在 20 世纪复兴居维叶的灾变论。由于他的问题是用德语提出的，很少有说英语的科学家觉得有必要回答。但辛德沃尔夫再也无法忽视他在其他地方看到的生命的可怕中断——例如，在巴基斯坦盐岭的古老岩石中暴露出来的中断。在 2.5 亿年前的二叠纪末期，海洋生态系统似乎发生了可怕的全球崩溃（事实上，这是地球历史上最严重的生物大灭绝），正如菲利普斯在一个多世纪前绘制的那样。辛德沃尔夫征用了一颗超新星来实现他对末日景象的设想，他提出它可能辐射地球，并在生物圈中播下了灾难性的突变。

同年，美国人诺曼·纽厄尔绘制了地球历史上 2500 个动物科的命运，他注意到有六个间隔期，灭绝似乎对所有生命都造成了广泛的破坏，他转而提出剧烈的海平面变化是他首选的死神。而在十年末，加拿大地质调查局沉积岩和石油地质研究所所长迪格比·麦克拉伦在他 1969 年向古生物学会发表的主席致辞中坚称，他的古生物学家同行试图“将化石记录中明显的断裂‘定义为不存在’”，例如 3.75 亿年前的一场毁灭性的死亡浪潮，这场浪潮摧毁了生命史上最大的全球珊瑚礁系统。“我无法接受均变论的解释，”他在谈到这场在从伊朗到艾伯塔的古代岩石中显而易见的灾难时说。麦克拉伦对可能导致这种不连续性的原因有一个想法。

“因此，我将在古生代太平洋中降落一颗大型或非常大型的陨石，”他宣布，它能够产生“两万英尺高的海浪。这就够了。”据报道，麦克拉伦的演讲“引起了尴尬的沉默”，听众席上的许多古生物学家仍然受到莱尔的魔咒的影响，他们认为他一定是在开玩笑。

然后，在 1980 年，一颗小行星降落在该领域。当时还是加州大学伯克利分校年轻教授的沃尔特·阿尔瓦雷斯正在意大利中世纪小镇古比奥上方的亚平宁山脉中跋涉。在这片由非洲向欧洲推进的挤压而隆起的古老石灰岩海底山脉中，在恐龙时代的平静海洋生物和哺乳动物早期贫乏的生命之间，存在着一个明显的断裂——一层毫无生气的粘土层。也许这个变革性的间隔经历了数百万年，验证了均变论的观点。或者，也许居维叶和菲利普斯一直都是对的，转变是毁灭性地短暂的。出于好奇，阿尔瓦雷斯邀请了他的父亲路易斯，一位诺贝尔奖获得者物理学家，来帮助解决这个问题。对于老阿尔瓦雷斯来说，这绝对是他的第二幕，他是一位军事雷达技术的先驱和曼哈顿计划的校友，他帮助开发了原子弹，甚至从一架随行的 B-29 轰炸机上观看了“小男孩”在广岛上空爆炸。他的战时工作与他们正在调查的灾难出乎意料地相关，这场灾难在大约 6600 万年前扼杀了地球。

阿尔瓦雷斯父子知道，像铱这样的不寻常元素是以稳定的速度，通过永恒的太空尘埃细雨从上方输送到地球的。他们推断，测量可疑粘土层中的铱，如果只有一点点，那么生命中的剧烈转变就不会持续很长时间。相反，如果有很多铱，那就确实需要很长时间。但是，如果像他们发现的那样，铱的含量比他们预期的多 100 倍呢？在用核反应堆的中子轰击粘土样品并进行分析后，阿尔瓦雷斯父子感到震惊。能够携带如此多外来物质的唯一载具不是太空尘埃的细雨，而是一块真正巨大的太空岩石。（在这个叙述中经常被省略，尽管阿尔瓦雷斯父子本人并没有省略，那就是荷兰地质学家扬·史密特和比利时地质学家扬·赫托根在同一时间在西班牙的古代海洋岩石中也做出了完全相同的发现，甚至比阿尔瓦雷斯父子具有里程碑意义的科学论文早两周在自然杂志上发表了他们的研究结果。）

这种撞击造成的混乱将类似于全面核战争，甚至更糟。最初的爆炸会产生难以想象的热量，其威力将是冷战高峰期地球上所有核武器爆炸威力的数千倍，所有这些都集中在一个地方，一次性发生。“当然足够，”一位撞击建模师这样对我说，“将一座山以逃逸速度送回太空。”有人提出，当这种飞向太空的喷射物环绕全球时，它可能会在 20 分钟内将大气层变成一个比萨饼烤箱（恐龙扮演意大利辣香肠的角色）。然后，随之而来的可能是数十年的黑暗和寒冷，就像核冬天一样，让任何幸运地避开了被小行星直接蒸发、被海啸卷走或被弹道重返大气层的碎片变成焦炭的幸存生物挨饿。

1991 年，在墨西哥尤卡坦半岛地下数千万年历史的石灰岩下发现了一个直径 110 英里的陨石坑，这消除了均变论顽固分子对撞击的任何残余怀疑。事实上，这个陨石坑早在 1978 年就被为墨西哥国家石油公司 Pemex 工作的地球物理学家发现了，但他们在一次地球物理学会议上宣布了他们的发现，但十多年来一直没有引起古生物学家的注意。玛雅人早在 1000 年前就发现了这个构造，他们在尤卡坦半岛上星罗棋布的石灰岩天坑周围建立了定居点，这些天坑提供了淡水。这些天坑的图案反映了深处严重扰动的岩石，并且几乎完全映射到陨石坑的边缘，形成一个直径 110 英里的环。

流行文化注意到了这一点。20 世纪 90 年代，出现了一系列受撞击启发的有线电视特别节目和电影，其中散布着糟糕的 CGI，这与 1994 年苏梅克-列维 9 号彗星与木星之间令人震惊的、末日规模的碰撞一起，足以让公众相信太空岩石的危险。故事通常到此结束。在大多数人看来，生物大灭绝是当大东西从天而降时发生的事情。

但是，在接下来的 30 年里，当世界各地的地质学家散开寻找令人信服的撞击证据时，发生了一些有趣的事情——例如铱层、冲击石英或巨型陨石坑——这些证据位于标志着地球历史上其他四次主要生物大灭绝的可疑岩石边界处。他们什么也没找到。所谓的五大生物大灭绝中，除了其中一次之外，其余的都比消灭非鸟类恐龙的灾难还要严重。

事实上，甚至存在主要的撞击构造，例如魁北克省的三叠纪 62 英里宽的马尼夸根陨石坑（现在是一个位于黑蝇针叶林天堂中的环形湖泊系统）或 3600 万年前造成切萨皮克湾的巨大陨石坑，但这些撞击似乎根本没有困扰生命。考虑到尤卡坦撞击与大型恐龙（以及白垩纪末期地球上大部分其他生命）消失的显著相关性，这令人惊讶。更奇怪的是，恐龙时代的惊人终结不仅伴随着来自外太空的使者，还伴随着动物生命史上最大的火山事件之一：一场淹没了印度大部分地区数英里深的熔岩喷发。虽然普遍的共识是小行星造成了大部分破坏，但这与改变世界的火山喷发属于同一级别，这些喷发不仅导致了地球历史上数十次较小的生物大灭绝和气候灾难，而且还导致了其他几次主要的生物大灭绝，包括 2.52 亿年前二叠纪末期有史以来最严重的一次。

在过去的几十年里，一个关于生物大灭绝的更为微妙的故事浮出水面。现在的地质学家掌握了赫顿梦寐以求的强大技术。他们分散到世界各地的偏远岩层露头，或分散到钻探船从海底吊起的污泥档案中，他们用质谱仪从古老的海贝中提取秘密，用放射性同位素地质年代学从饱经风霜的花岗岩块中提取秘密，并利用由惊人的处理能力支持的神经网络从化石和地球化学数据库中提取秘密。在这个理解地球历史的广泛项目中，地质学家近年来揭示了一系列比仅仅从天而降的死亡更为密切的生命生存威胁。事实证明，地球上最常见的生命杀手是地球本身。而最可靠的杀人武器是二氧化碳。

在愚蠢的太空垃圾拦截地球轨道并摧毁一个原本美好的恐龙世界的一亿三千五百万年前，地球正遭受着一场甚至更严重的生物大灭绝的蹂躏。一个由奇异的鳄鱼、巨型两栖动物、石珊瑚、无处不在的奇怪但古老的鳗鱼状生物以及地球上其余 80% 的复杂生命组成的世界被摧毁了。当盘古超级大陆在接缝处裂开，像太妃糖一样拉伸时，一个渗出、炽热的岩石的开放性伤口在地表喷发，在 60 万年的时间里，脉冲式地覆盖了 300 万平方英里的熔岩。虽然喷发会造成各种混乱，但也许最重要的是它们向大气中注入了数千亿吨二氧化碳，海洋对火山 CO₂ 过量摄入。海水因简单的化学反应而酸化，地球温度因简单的物理反应而飙升。这就是 CO₂ 的作用。今天，哈德逊河对岸新泽西州的帕利塞兹是三叠纪末期这些巨大喷发的火山管道遗迹，这些古老的岩浆与摩洛哥、巴西、新斯科舍省和西班牙远处的火山岩相同，年龄也相同。

数亿年前，两次最古老的主要生物大灭绝摧毁了我们无法辨认的行星，它们的大陆畸形，散布在陌生的海洋中。这些外星行星的海洋由巨大的头足类动物巡逻，后来甚至出现了更大的鱼类，它们长着断头台般的下颚，并用骨骼头盔加固。我们的星球不断地循环碳——生命的物质——通过岩石、空气、水和生命，以保持气候适宜居住和海洋化学环境宜人。但是，这些古老的星球看到这种碳循环突然脱轨——被热带造山运动、加速的岩石风化和陆地植物的新型全球地球工程项目等吸碳事件所破坏。这些杀戮机制比小行星稍微复杂，并且不可否认地不那么引人注目，但它们确实奏效了。这些逝去的行星失去了控制，在冰冻和炙烤之间交替，地球努力恢复镇定，并控制失控的全球碳循环。

但那是在 2.52 亿年前，在开启古代末日之旅的被遗忘的星球上——那个阳光漂白的星球，海洋中几乎没有动物——地球上的生命故事几乎过早地结束了。那是盘古大陆，一个没有恐龙、哺乳动物或鲜花的世界。但它仍然是一个富饶的世界，一个拥有针叶树、敏捷的、隐约带有狮子般特征的掠食者和笨拙的、长满疣的爬行动物猎物的世界。然后，一切都结束了。它结束于一场大陆规模的发光岩石洪流、从喷发中发出的短暂火山冬天以及一系列滚滚的火山气体，其中许多气体将在战场上被禁止使用——例如氯气和汞。

当岩浆焚烧地下盐和石膏层时，卤代烃的喷发会摧毁臭氧层——事实上，植物化石上带有这种古代大气破坏造成的突变。但直到为这些喷发提供岩浆的岩层撞击到巨大的天然气、煤炭和富碳岩石地下矿藏时，有史以来最严重的生物大灭绝才达到令人震惊的高潮。数千亿吨的甲烷和二氧化碳从地下喷涌而出。温度飙升了近 22 华氏度。在海洋中，蔓延的缺氧和酸化消灭了 96% 的生命，海洋热得像按摩浴缸一样。然后，在化石记录中，一片寂静。

在工业革命开始时，长期沉睡的碳森林从古老的地球中复活，并在现代熔炉中投入使用。我们知道，这种人为的火焰不可能永远燃烧下去而不使我们的世界陷入困境。二氧化碳浓度为百万分之 416，已经高于数百万年来的水平，并且可能比所有这些最严重的灾难时期上升得还要快。与此同时，数百甚至数千年的狩猎、土地开垦和污染已经使自然世界变得贫瘠。据估计，按照我们目前导致物种灭绝的速度，我们可能会在 300 到 12000 年内达到古代那些高耸的生物大灭绝的生物破坏程度。这听起来可能是一个很长的时间范围，但从地质学的角度来看，这简直是转瞬即逝的。更令人担忧的是，沿途可能还存在看不见的生态悬崖边缘，一旦越过这些边缘，生物圈不仅会遭受损耗的冲击，还会突然崩溃，出现级联式的失败。换句话说，可能存在临界点——不归路。

我们知道我们必须做些什么来避免被列入地球历史上发生过的最糟糕的事情的可悲万神殿。我们必须划出大片地球——以海洋保护区、自然保护区和迁徙走廊的形式——让生物世界从我们已经给予它的上勾拳中恢复过来。然后，我们必须简单地停止从地球深处挖掘古老的生命，并在地表点燃它。当人类依靠历史上发生过的最糟糕的事情中所使用的相同杠杆时，我们必须咨询这些时代，并倾听过去破碎世界的忠告。