卡尼期洪积事件
三叠纪,一个以大灭绝开始,又在大灭绝中结束的时期。
期间还发生了一次持续百万年的极端气候事件,暴雨浸透了盘古大陆。
恐龙的第一次显著辐射,针叶类植物和本内苏铁的扩散,钙质超微生物的爆发,以及第一个琥珀形成的高峰期,都发生在这场暴雨期间或者之后。
1.大雨前夕
进入三叠纪,地球经历了自显生宙以来最严重的灭绝事件,生态系统复苏需要花费很长时间,在大灭绝中存活下来的劣势而顽强的物种,都想趁机抢占这片广袤的大陆,于是迅速辐射演化。
然而,炎热、干旱的气候阻挡了陆地生物开拓疆土的步伐。
因为曾经四分五裂的陆地重新并拢,形成了盘古大陆,气候随陆地面积一同发生改变。
大陆内部远离海洋,湿润的海风难以抵达,雨量稀少,烈日常年炙烤着大地,不少地区充斥着戈壁沙漠,两极地区也无冰川的迹象,整个大陆被炎热与干旱所笼罩。
▼早中三叠纪世
▼三叠纪气候
干旱的气候没有随时间流失,保存在了世界各地的三叠纪地层里。
除了常出现在科普读物中的红色砂岩外,还有其它。
比如意大利北部地层有蒸发矿物,南阿尔卑斯地区存在大量蒸发岩,中国南方地区也有大量蒸发岩,以及碳酸盐岩快速沉积现象,都支持了三叠纪存在干旱的气候条件,并且是全球性的。
▼晚三叠世板块构造位置及岩相
在这种气候条件下,植被多是稀疏低矮的蕨类,陆地优势动物是保存水分能力较强、适应干燥气候的伪鳄类,而曾经盛极一时的兽孔类已日落西山。
那么恐龙呢?恐龙此时刚诞生,数量稀少且全都蜗居在冈瓦纳大陆的南端——南美洲或非洲。
无论是陆地霸主伪鳄类,还是二当家兽孔类,亦或是刚上线的恐龙,都在等待一个机会,要把疆土往内陆进一步扩张。
很快,“机会”来了。
2.大雨来临
约2.34-2.32亿年前之间的某一天,气候变得湿润,下起了倾盆大雨。不同以往,这次降雨量急剧增多,多到改变了地球的生态系统。
▼三叠纪
这雨从何而来?
■ 超级季风气候(降雨原因之一)
由于盘古大陆的聚合以及中央山脉(位于劳亚古陆和冈瓦纳古陆之间)的隆起,因此有研究通过古地理模拟实验推测,当时存在强烈的季风型气候。
但由于辛梅利亚大陆的存在,阻挡了来自古太平洋的水汽,所以大部分时间里盛行以干旱为主的超级季风气候。
辛梅里利亚大陆是一个小型的史前大陆,从盘古大陆南部脱离,自进入三叠纪起,就不断往北漂。这导致古特提斯洋范围缩小,并出现新特提斯洋,逐渐取代古特提斯洋的位置。
▼卡尼期前夕的板块位置
终于,在晚三叠世的卡尼期,辛梅利亚大陆与已经拼合的华北板块、扬子板块继续向北移动。因此导致特提斯洋面向古太平洋的开口变大,古太平洋暖流向特提斯洋输入更多的水汽,引起整个特提斯地区洋流循环的变化,超级季风气候由干旱转向潮湿为主,降雨骤增。
▼晚三叠世板块位置与古太平洋洋流
或许是地球过渡干渴,仅靠来自古大西洋的水汽无法浸透早已枯竭的大地。地球萌生了一个想法:“让风雨来得更猛烈些吧!”于是乎,大量火山爆发了。
■ 火山爆发(降雨原因之一)
辛梅利亚等板块北漂,不仅带来了古太平洋的潮湿风向,东特提斯地区(中国西南部)还形成大规模的造山运动,以及伴生了火山运动。我国川西地区和昌都地区就发育了大范围卡尼期的火山岩。
与此同时,加拿大西部也发生了大量火山喷发——兰格利亚火山爆发(wrangellia eruption)
▼卡尼期的兰格里亚火山位置
火山喷发产生了大量的 CO2,引起气候变暖。所以这一时期全球表层温度升高约 6℃~8℃,全球变暖促使大气水循环加速,雨量再次增加。
就这样,在超级季风气候与火山爆发的共同作用下,地球迎来了持续百万年的极端气候——卡尼期洪积事件,在此期间,湖迫和河流短暂地浸透了干涸的盘古大陆。
3.岩石的改变
如同干旱的气候,这场远古暴雨留下的痕迹也保存在了地层里。
由于地表的岩石长期处在富含二氧化碳和水的条件下,从而加速了陆地风化速率。陆源硅质碎屑和粘土物质伴随源源不绝的淡水持续注入特提斯洋边缘海地区,海平面一度升高。
火山喷发不仅释放 CO2,还会释放大量的甲烷,进一步加剧温室效应,同时让海洋进入缺氧状态,海洋生物大批死亡与埋藏,有机碳增多。
以上这些因素,导致原先浅海环境的碳酸盐岩沉积被中断,覆盖其上的是被冲入海里的各种碎屑岩和黏土岩,以及新形成的黑色泥砂岩、页岩(代表深海、缺氧的还原环境)。
在许多国家和地区,都能找到这些证明暴雨存在过的沉积序列。
▼意大利的白云岩—红色黏土层(红页岩)—白云岩
▼日本 Kuma 地区发育大量黑色泥砂岩,覆盖在石灰岩之上
除了阿尔卑斯山和日本地区,在川西地区、喜玛拉雅 Spiti 盆地等,均可见到黑色页岩覆盖在碳酸盐岩之上的现象。
对于盘古大陆,这或许只是一场毛毛雨。
但对于地球上的生灵,是一场灭绝与新生的挑战。
4.生命的改变
■ 海洋
淡水、陆源碎屑、温室效应等因素,彻底改变了海洋温度、pH 值、盐度、含氧量。
同时,由于海洋缺氧,导致厌氧细菌越发繁荣,并释放出过量的硫化氢,对海洋生物造成毒害,加剧了海洋生物的灭绝。
菊石在上、下卡尼阶界线附近灭绝率达 52%,相比其它海生无脊椎动物,菊石已算幸运。
海百合在卡尼期洪积事件之后仅存个别属种,珊瑚、苔藓虫、海绵等均遭受重创。
珊瑚礁的消亡也是碳酸盐岩沉积被中断的原因之一,因为底栖和浮游生物可以直接建造钙质骨骼,形成生物碳酸盐岩。
四川的一个卡尼期地层就见证了这次海生无脊椎动物消亡的过程。
暴雨之前的地层里广泛可见六射海绵、海百合、苔藓虫、珊瑚等海相生物化石,但在暴雨后的地层中,极少有它们的身影,更多的是夹杂在深色页岩中的菊石、腕足类等有壳类动物化石。
▼四川盆地的卡尼期地层下部(暴雨前)
▼四川盆地的卡尼期地层上部(暴雨后)
海生爬行动物也受到了影响,比如海龙目的衰退,这可能助力了鱼龙类称霸海洋。
▼埃登那龙
有灭绝就有新生,例如钙质微型浮游生物大规模爆发,遭遇打击的菊石和牙形石也进行了类群更替,出现了新菊石Tropitid ammonoids 与新牙形石Carnepigondolella等等。
▼卡尼期的牙形石演化谱系图
■ 陆地
相比海洋,陆地的变化更为波澜壮阔。
充沛的雨水使植被发生了翻天覆地的变化,本内苏铁和针叶树成为陆地植被的主力军,不断扩散。尤其是针叶树,愈发高大、繁盛,形成一片又一片森林。
针叶树在暴雨中成长,也在暴雨中“受伤”。
滚烫的暴雨终年不止地拍打着针叶树,以至于欧洲,北美以及南非各地的树木疯狂分泌树脂。于是在卡尼期洪积事件期间,地球迎来了第一个琥珀形成的高峰期。
来自哥廷根大学的植物学家莱拉·塞夫拉(Leyla Seyfullah)有研究表明,现今的针叶树在受到压力会分泌树脂。
▼卡尼期欧洲琥珀
植被的改变,导致一些繁盛的植食性动物逐渐走向灭亡。
例如喙头龙,由于它们赖以为食的二叉羊齿逐渐衰退,曾经遍布全球的它们消失在卡尼期之末。
▼喙头龙
还有二齿兽类的肯氏兽,在卡尼期之前繁盛且分布广泛,在卡尼期过后就迅速衰落,走向灭亡。
▼肯氏兽
随着喙头龙和二齿兽类等优势植食性动物的衰落,主龙类凭借两足行走,高呼吸效率,出色视觉等等优越的身体结构,顺势而上,继续拓展生态位。
主龙类在三叠纪早中期,相对丰度保持着 30%-40%的水平。经历了暴雨后,飙升到 60%以上,一度接近 100%,成为了最大的陆地脊椎动物群体;而合弓类则一落千丈;至于离片锥类这群两栖动物,则因暴雨的到来,强行续一波命。
▼三叠纪四足动物的相对丰度
如果要在这场暴雨里评选唯一的获胜者,无需置疑,那就是恐龙。
已知最早的那批恐龙(始盗龙、农神龙、埃雷拉龙等)均出现在 2.3 亿年前左右,而卡尼期洪积事件开始于 2.34-2.32 亿年前之间的某一天。因此就目前的化石证据而言,恐龙很可能在暴雨来临之际,或者期间诞生,且数量稀少,分布也不广泛,几乎都在盘古大陆南部(现今的巴西和阿根廷)。
在早已崛起的伪鳄类和分布广泛的兽孔类面前,恐龙就是一粒遗落在盘古大陆角落的沙子,数量仅占陆地动物群的 1-2%。
但在卡尼期后,恐龙呈爆炸式发展占了陆地动物群的 50~90%。足迹遍布世界各地,这种现象称之为“恐龙多样化事件”(DDE)。
▼三叠纪恐龙比例
暴雨前,在南阿尔卑斯山和中欧的沉积岩上从未发现过恐龙足迹。在暴雨后形成的碳酸盐岩沉积上,则发现了恐龙足迹。
▼卡尼期洪积事件前后的恐龙分布
由于其它大型植食性动物衰退,所以植食性恐龙演化尤为突出。早期的蜥脚形类恐龙在卡尼期后转变为植食性动物,不再吃肉。
▼卡尼期的恐龙类群
同时,兽脚类恐龙为了抢占掠食者的生态位,也迅速向大型化发展,卡尼期后出现了身长5m的理理恩龙,理理恩龙可能猎食植食性恐龙。
▼理理恩龙
自此,虽然恐龙家族日益壮大,但此时的陆地优势动物类群依旧是伪鳄类。卡尼期洪积事件没有让恐龙统治了陆地,只是与恐龙首次多样性演化存在某种关系,在一定程度上帮助恐龙拓展了生态位,让恐龙走出盘古大陆的角落,迈向世界各地,在龙族崛起之路上埋下一颗种子。
等到不久之后的三叠纪 - 侏罗纪大灭绝,恐龙正式开始长达 1.4 亿年统治。
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