新闻 天象 科普 器材 图库 交流 科幻 探索 星语 论坛 维基天文 下载
星友空间站 > 信息 > 探索时代 > 自然之谜 > 恐龙时代的地球危机
现在时间: 2017年10月22日 19:37:52
恐龙时代的地球危机

(2011年08月10日 23:49:41)
来源:《科学24小时》杂志

□作者: 吴再丰

[1]



  过去维系恐龙繁荣的背景,一直是被称为“温室时代”的白垩纪气候。但是,近几年的研究表明:在白垩纪前半期的极地,有存在冰河的可能性……

  众所周知,1.4亿年前到6500万年前的“中生代白垩纪”,是生活着霸王龙、三角龙等多种恐龙的繁荣时代。

  不少读者认为,所谓“恐龙时代”,是指比现在更温暖,即陆上巨大的蕨类植物茂盛、海里菊石大繁荣的世纪。事实上,过去维系恐龙繁荣的背景,一直是被称为“温室时代”的白垩纪气候。但是,近几年的研究表明:在白垩纪前半期的极地,有存在冰河的可能性,因而人们对白垩纪气候的印象正在改变。从冰河时代一下子步入温室时代,白垩纪时代可说是急骤性变暖的时代。正是这急骤的变暖,使得古地球在海里引起生物灭绝,在陆上带来了植物的巨大变化。

  白垩纪的由来

  地质学上将地层中所记录的历史称为“地质时代”。这个地质时代,按自古以来的顺序分为“先寒武纪时代”、“古生代”、“中生代”、“新生代”四个。作为恐龙繁荣时代的中生代,又分为“三叠纪”、“侏罗纪”和“白垩纪”。其中,白垩纪是以在欧洲多巴海域发现的浅灰白色(白垩)的底层而得名。因此,白垩纪在距今1.442亿年前拉开帷幕。一开始白垩纪是平稳的,可以说在与前个侏罗纪时代的交接时期,没有生物灭绝事件。

  作为中生代海洋生物的代表——菊石,尽管在白垩纪初出现过暂时的衰退,但仍继续繁荣。在陆上也有大量的裸子植物与蕨类植物为主的森林。在白垩纪初的陆上,自然界几乎看不到被子植物的身影。这就是白垩纪初地球的模样。

  但是,根据近年来的研究成果得知,白垩纪初的气候与原来科学家们所说的温暖、平稳的印象有很大差异。以专家的说法,这很可能继续受侏罗纪后半期稳定寒冷气候的支配,在南极大陆甚至还存在着大陆冰川。

  白垩纪可以进一步细分为12个阶,实际上白垩纪最初的4个阶(1.4亿万年前~1.2亿年前),气候并不是特别温暖。

  海平面上升300米

  当然,在接着5-7阶的“阿普弟阶”(1.1~1.2亿年前)、阿尔比安阶(0.989~1.1亿年前)、森诺曼阶(0.935~0.989亿年前)地球急速变暖,在森诺曼阶中期迎来了变暖高峰。

  据近几年来对北大西洋西部海域的调查,发现生息在海洋表层称之为“有孔虫”的微小化石以用氧的同位素形式记录了当时的海表面温度为32℃~33℃,与现在的海表面温度相比,最大温差达7℃。

  从有冰河时代到处于温室状态的地球,何以会进行这样急速的变暖呢?答案是岩浆的活动。那时海底的生成速度是现在的1.5倍左右。不单是海洋地壳,大陆或弧状小岛的火山活动也是最活跃的,陆上火成岩的喷发量比起近1000万年间,平均值要高出2倍。

  这个结果意味着两个重要事实:首先,由于这个时期活跃的地壳生成活动或海底火山活动使海底隆起,从而使海平面急骤上升。例如以南太平洋为中心的海平面升高300米左右,溢出的海水侵蚀陆地。其次,激烈的火山活动向大气释放大量的二氧化碳。据最新研究结果指出,当时大气中二氧化碳的浓度达到现在的8~10倍。二氧化碳引起的温室效应给气候带来巨大的影响。

  地球变暖

  高浓度二氧化碳引起的温室效应好像对当时的海洋循环系统产生了很大的影响。

  海水循环基本上是由海水的密度差引起的。以现代的海水循环而言,通过赤道附近的海流遇到大陆改向极地,并且遇到格陵兰海的冷空气被冷却沉入深层,这样表层水与深层水便发生了循环。其循环速度使地球的气候加速变冷。

  但是,在大陆进行分裂的白垩纪的地球,没有妨碍环绕赤道海流的大陆,这就使得赤道附近的海流光是绕赤道一周,没有流向极地。加之这个“环赤道海流”受当时气温的急骤变暖影响,于是便使海流表面更加活跃地进行海水蒸发。

  随着水分蒸发,海流表层的盐分浓度增高,结果变重沉入深层。虽说盐分浓度差造成海水上下层次分明,但因低中纬度海域的深层水温度较高,与现在深层水温相比高出约15℃,致使上下层海水的混合变得迟缓,到达深层时海水已失去所含的氧,变成缺氧的海水。与此同时,造成活泥堆积,这就是为什么世界各地的海底在大约1亿年前的地层中陆续发现奇怪的黑色泥岩层的来由,当然也给今天人类带来了丰富的石油资源。

  OAE爆发对生物的影响

  现已查清,迅速下沉的海流含氧量大,反之缓慢下沉的海流在沉入到深层的过程中,氧被海中的微生物消耗殆尽,即阿普弟阶以后海洋深层未能充分供给氧。古生物学家将海洋深层中爆发的缺氧状态称之为“海洋无氧事件”(OAE)。现已知道,海洋中无氧事件爆发,地层中记录了有机物异常增加、稳定碳同位素比值的异常等。地质学家和古生物学家将在野外发生OAE的地层(主要是黑色泥岩层)取样带回实验室,通过化学分析,判明在白垩纪中期曾几次爆发OAE事件。

  就白垩纪的海洋生物而言,头足纲的菊石是典型的代表。尽管菊石在白垩纪末大量灭绝(几乎80%的菊石消失踪影),但是在整个白垩纪期间却达到了极度繁荣,而且发展成多样形态。

  大家知道,分布在北海道被称之为“蝦夷群”的地层是世界上菊石保存状态较好的几个地方之一。通过对这个丰富的化石记录调查,发现在白垩纪中期菊石存在多样性的同时,又有数次多样性骤减的时期。这个时期与用化学手段判定OAE的时期非常一致。显然OAE爆发给海洋生物带来深刻影响。同样,OAE对其他有孔虫、放射虫这样的海洋微生物也产生很大的影响。

  促进被子植物繁荣

  活跃的地幔活动带来的影响不仅限于海洋。随着气温继续急速变暖,在陆上扩大了干燥地区。作为证据,中国等地被称作“红色岩层”的地层,就是因干燥而氧化形成的。

  这种干燥地区的扩大,可以促进植物界被子植物的繁荣。虽说从侏罗纪末或白垩纪初的地层发现被子植物最古的化石——中华十字架,但是长期来它在植物界仍未取得支配权,继续勉强生存,直到白垩纪中期,温暖和干燥的气候环境才促进被子植物呈快速多样化的发展,并且扩大了势力范围。

  此时,被子植物已经获得了小而结实的叶子,使水分散发极小,还有为防止干燥而包着幼胚的种皮,以及比蕨类植物或裸子植物更有效输送水分的管道等,使其更能适应干旱的气候。这些性质与被子植物独特的快速繁殖习性相结合,使其在不稳定的环境和干燥化的环境中保有了优势。

  另外,与其他植物相比,被子植物物种形成的速度快。它比起蕨类植物或裸子植物能诞生更多种类型,其中有若干物种能适应温暖和干燥的气候。

  建立与现代相近的植被

  在活跃的地幔活动前,白垩纪的植被是以针叶树、苏铁类裸子植物和蕨类植物为主。侏罗纪后期到白垩纪前期(时代尚未被确定)出现的被子植物绝对还没繁荣。

  但是,从阿普弟阶后地球变暖,被子植物开始繁荣后,白垩纪的植物区系为之改变。例如在接近白垩纪结束时,已形成像现在木兰或落羽杉、山毛榉等那样的繁茂森林的植物区系。

  另一方面,过去有食草恐龙的进化与被子植物的进化有关的假说,但最新的研究却否定了那种说法。

  尽管如此,被子植物的出现确实给恐龙以后的动物区系带来很大影响。例如在“蕨类草原”进化的食草恐龙变得大型化。另一方面,因被子植物繁荣而进化的食草哺乳类大多是比较小型的。

  从迄今的研究中知道,在单位体重的能量需求上,小型动物要比大型动物更多。但是蕨类的叶子营养价值低,不足以维持小型动物的能量,而吃营养价值高的被子植物的果实或种子,才保证了食草动物的小型化。恐龙灭绝后,食草动物成功地小型化,是从蕨类植物向被子植物的植物区系变化的结果。

  阿普弟阶后以地幔活动变活跃为契机,被子植物在陆上世界实现了繁荣,完成了现代植物区系的形成进程,而且成为自新生代起哺乳类动物进化的决定因素。

  白垩纪:未来地球的模拟

  近年来,科学家对白垩纪研究有了更多的关注。从有冰河的白垩纪前半期到演变成温室地球的白垩纪后半期的过程,对生活在现代正面临全球变暖的人类来说,自然会尤为关注。

  专家指出,研究白垩纪古环境的重要意义,在于可以查明急速变暖的气候是以怎样的程序改变环境的,并且可以在今后更详细地弄清它的进程趋势。

  恐龙繁荣的背景是走向大的环境变革的白垩纪,或许我们可以说,它是预测未来地球的模拟实验。人们将拭目以待。

转载文章请首先阅读有关转载说明


文章作者:吴再丰
责任编辑:skylook

[1]
上一篇:地磁反转:千年危机
下一篇:解读恐龙密码
相关信息:

文章评论:
  1. ( - )
标题: (可选)
内容:
验证: --输入图片中的字母/数字,点击图片刷新.
系统菜单

热点信息

站内搜索
关键字:
包含:
搜索于:

系统登录
昵 称:
密 码:
 [取回密码]

企业合作