与臭氧丧失、气候变暖有关的古代大灭绝

三亿五千九百万年前的泥盆纪末期是一个多事之秋：鱼慢慢地离开海洋，蕨类森林在陆地上前进。世界正在从1200万年前的大灭绝中恢复过来，但气候仍然混乱，在温室条件和如此深的冰冻之间摇摆，以至于热带地区形成了冰川。然后，就在地球从这些冰河时代之一变暖的时候，另一次似乎没有理由的灭绝发生了。现在，保存在格陵兰岛东部古老湖泊沉积物中的蕨类植物孢子暗示了一个罪魁祸首：地球的保护性臭氧层突然被剥离，使地表生命暴露在引发突变的紫外线(UV)辐射之下。

南安普顿大学(University Of Southampton)孢粉学家约翰·马歇尔(John Marshall)和他的合著者在今天发表在“科学进展”(Science Advance)上的一篇论文中说，就在灭绝开始的时候，孢子变得畸形和深色，表明DNA受损。他说，这是“所有的臭氧保护都消失了”的证据。

科学家们长期以来一直相信-至少在人类成为灭绝的力量之前-只有两种方法可以消灭地球上的生命：小行星撞击或大规模火山喷发。但在两年前，研究人员发现有证据表明，在地球上最严重的灭绝-2.52亿年前的二叠纪末期-火山将西伯利亚盐沉积物抬高到平流层，在那里它们可能助长了化学反应，消除了臭氧层，使整个森林灭菌。宾夕法尼亚大学的古生物学家劳伦·萨兰(Lauren Sallan)说，现在，来自泥盆纪末期的孢子提出了一个令人信服的案例，即使没有喷发，气候变暖也会耗尽臭氧层。“因为证据如此有力，它会让人们重新思考其他的大灭绝事件。”

泥盆纪末期的灭绝长期以来一直笼罩在1200万年前晚泥盆纪灭绝的阴影中，这是地球上最大的灭绝之一。它很可能是由火山喷发的气体造成的，这些气体使地球急剧变冷和变暖，导致大多数珊瑚和许多贝壳海洋生物死亡。但10年前，萨兰和其他人的研究表明，泥盆纪末本身就很强大，灭绝了许多植物和脊椎动物，包括大多数四足鱼，这种四足鱼已经开始进化手指和脚趾。只有五趾四足动物幸存下来。“它重置了我们自己的进化，”马歇尔说。“所有这些古老的血统，都被踢出了框框。”

泥盆纪末期缺少的是一个原因。萨兰说，没有火山活动或巨大影响的证据，但在与冰川相关的岩石沉积物的快速形成和消失中看到了一个诱人的线索。“当时的气候确实出了点问题。”

在过去的30年里，马歇尔一直在格陵兰岛东部探索从这个时候幸存下来的岩石。当时，这片土地远离北极，位于较低纬度，被锁定在一块名为旧红砂岩大陆的干旱内陆。泥盆纪最后一个冰期之后，随着气候变暖，湖泊形成并充满了沉积物，这些沉积物慢慢变成了泥岩，记录了灭绝前和灭绝期间的条件。2017年，马歇尔在6米长的钻芯中挖掘出了完美的泥岩。

它捕捉到了一个惊人的变化：健康的化石孢子，包裹着独特的对称尖刺，突然变得畸形，它们的尖刺破败不平。孢子是一种常见的化石，因为它们有盔甲，但它们很容易受到紫外线辐射，就像人类一样；孢子甚至会对紫外线产生“晒黑”的反应。实验古植物学家杰弗里·本卡(Jeffrey Benca)说，马歇尔看到的损害与这种暴露是一致的，他将这种损害与二叠纪末的物种灭绝联系起来。“他们的建议似乎相当合理，”他说。

马歇尔认为，气候变暖导致了更强大的夏季雷暴，这可能会将消耗臭氧的水和盐的混合物注入平流层。由于紫外线杀死了森林，进入海洋的营养物质径流可能会导致浮游生物和藻类的大量繁殖，这将在失控的反馈中产生更多破坏臭氧的盐。“看起来这可能是一场完美的风暴，”他说。

阿巴拉契亚州立大学的地球化学家莎拉·卡尔迈克尔说，马歇尔的设想不仅可以解释物种灭绝，还可以解释那个时期的许多天然气矿藏。它们是由腐烂的有机物形成的，但没有人解释浮游生物生长所需的激增。来自枯死森林的营养径流可能使海洋生物肥沃。

这也预示着在当今变暖的世界里可能会发生什么，更强大的雷暴有时会“过冲”对流层，并向干燥、寒冷的平流层注入湿气。当与气溶胶颗粒和氯分子结合时，湿气可能会侵蚀臭氧。

但大气科学家几乎无法就这些臭氧消耗是否正在发生达成一致，更不用说数亿年前了。现在发生的超调比预期的要多，但它们是否会引发破坏性反应尚不清楚。研究这一动态的迈阿密大学大气化学家埃利奥特·阿特拉斯(Elliot Atlas)对马歇尔的理论持怀疑态度。他表示，它需要在模型上进行更严格的测试。“这是不可能的吗？我不能这么说。“。

就Carmichael而言，她希望看到花粉颗粒以外的证据表明紫外线导致了物种灭绝。“我对说紫外线辐射是原因持谨慎态度，”她说。“但我认为这是有原因的。”