对古代大灭绝的研究揭示了恐龙在冰雪中占领地球 而不是在温暖的环境中

2022年07月02日 13:01 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

我们中的许多人都熟悉关于6600万年前恐龙如何死亡的流行理论:在地球与一颗陨石的剧烈碰撞中,随后是尘埃和碎片阻塞大气层造成的全球冬天。但是之前还有一个更神秘、更少讨论的灭绝事件:2.02亿年前的灭绝事件,它消灭了在此之前统治地球的大型爬行动物,并且显然为恐龙的接管扫清了道路。

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在三叠纪-侏罗纪大灭绝期间,由于大规模的火山爆发而导致的大雪纷飞的冬季,在远处的熔岩流中,一只原始羽毛的翼龙带走了一只哺乳动物的受害者。一项新的研究说,恐龙之所以能够生存下来,是因为它们已经适应了高纬度地区的冰冻条件。资料来源:拉里-费尔德的绘画

是什么导致了所谓的三叠纪-侏罗纪大灭绝,以及为什么当其他生物灭亡时,恐龙却在蓬勃发展?

我们知道,在灭绝之前的三叠纪时期,世界总体上是笼罩在炎热和充满水蒸汽环境下的,而在接下来的侏罗纪时期也有类似的条件,这开启了恐龙的时代。然而,新的研究将爱好热的恐龙的想法颠覆了。它提出了第一个物理证据,证明三叠纪的恐龙物种,在当时是一个主要被归入极地地区的小群体,经常忍受那里的冰冻条件。

这些明显的迹象是恐龙的脚印和奇怪的岩石碎片,而这些岩石碎片只可能是由冰沉积而成的。该研究的作者解释说,在大灭绝期间,已经发生在两极的寒流蔓延到低纬度地区,杀死了冷血的爬行动物。已经适应的恐龙在进化瓶颈中幸存下来,并向外扩散。剩下的就是古老的历史了。

哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站的地质学家、该研究的主要作者保罗-奥尔森说:"在三叠纪期间,恐龙一直存在,它们最终占据主导地位的关键是非常简单的。它们从根本上说是适应寒冷的动物。当各地变冷时,它们已经准备好了,而其他动物则没有。"

这项研究基于最近在中国西北准噶尔盆地偏远沙漠的挖掘,今天(2022年7月1日)发表在《科学进展》杂志上。

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2.02亿年前的盘古超级大陆,在三叠纪-侏罗纪大灭绝前不久。在标明的地区发现了早期恐龙的证据;大多数物种被限制在高纬度地区,而那些靠近热带地区的少数物种往往比较小。顶部的红色区域是准噶尔盆地,现在位于中国西北部。资料来源:Olsen等人,《科学进展》,2022年

恐龙被认为是在大约2.31亿年前的三叠纪时期首次出现在温带南纬度地区,当时地球上的大部分陆地被连接成一个巨大的大陆,地质学家称之为盘古大陆。他们在大约2.14亿年前就已经到达了遥远的北方。直到2.02亿年前的大灭绝,中间更广阔的热带和亚热带地区被爬行动物所支配,包括鳄鱼的亲属和其他可怕的生物。

在三叠纪和侏罗纪的大部分时间里,大气中的二氧化碳浓度达到或超过2000ppm,是今天水平的五倍,因此温度很高。当时没有极地冰盖的证据,而且挖掘表明落叶林在极地地区生长。然而,一些气候模型表明,高纬度地区在某些时候是寒冷的;即使有那么多的二氧化碳,它们在一年中的大部分时间里也会得到很少的阳光,温度至少会有季节性下降。但是直到现在,还没有人提出任何物理证据来证明它们结冰了。

在三叠纪末,在一个可能是一百万年的短暂地质时期,地球上超过四分之三的陆地和海洋物种灭绝了,包括有壳生物、珊瑚和所有大型爬行动物。一些生活在洞穴中的动物,如海龟挺了过来,少数早期哺乳动物也是如此。目前还不清楚到底发生了什么,但许多科学家将其与一系列大规模的火山爆发联系起来,这些火山爆发可能持续了数百年之久。在这个时候,盘古大陆开始分裂,打开了现在的大西洋,并将现在的美洲与欧洲、非洲和亚洲分开。除其他外,火山爆发导致大气中的二氧化碳急剧上升,超过其已经很高的水平,在陆地上造成致命的温度飙升,并使海水变得具有酸性,许多生物无法生存。

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中国西北部准噶尔盆地的一个页岩悬崖,科学家在那里发现了在其他细粒沉积物中的冰蚀卵石。资料来源:Paul Olsen/Lamont-Doherty地球观测站

这项新研究的作者引用了第三个因素。在火山爆发最猛烈的阶段,它们会喷出硫磺气溶胶,这些气溶胶偏转了大量的阳光,造成了反复的全球火山冬季,压制了高温室气体水平。这些冬天可能已经持续了十年或更长时间;甚至热带地区也可能出现持续的冰冻状况。科学家们说,这杀死了没有隔热的爬行动物,但是适应寒冷、皮肤、羽毛能隔热的恐龙能够坚持下来。

研究人员的证据是:准噶尔盆地的浅水古湖底的沉积物留下的细粒砂岩和粉砂岩形成的。这些沉积物形成于2.06亿年前的晚三叠纪,经历了大灭绝及以后。当时,在陆地重新排列之前,该盆地位于北纬71度左右,远远高于北极圈。作者和其他人发现的脚印表明,恐龙是沿着海岸线存在的。同时,在湖泊本身,研究人员在通常的细小沉积物中发现了丰富的卵石,直径达1.5厘米左右。远离明显的海岸线,这些卵石没有理由出现在那里。对其存在的唯一合理解释是:它们是冰蚀碎片(IRD)。

简而言之,IRD是当冰块在沿海陆地上形成并包含了底层岩石的碎片时产生的。在某些时候,冰变得不稳定,并漂移到相邻的水体中。当它融化时,岩石下降到底部,与正常的细小沉积物混合。地质学家已经广泛地研究了海洋中的古代IRD,它是由冰川冰山输送的,但很少在湖床中出现;准噶尔盆地的发现为这一匮乏的记录增添了证据。作者说,这些卵石可能是在冬季被捡到的,当时湖水沿着卵石海岸线结冰。当温暖的天气回来时,那块冰块带着卵石的样本漂浮起来,后来又把它们“丢弃”。

研究报告的共同作者、拉蒙特-多尔蒂的地质学家丹尼斯-肯特说:"这表明,这些地区经常结冰,而恐龙做得很好。"

他们是如何做到的?自20世纪90年代以来,一直有证据表明,如果不是所有的非鸟类恐龙包括暴龙都有原始的羽毛。如果不是为了飞行,一些覆盖物可能用于交配展示的目的,但研究人员说它们的主要目的是保温。还有很好的证据表明,与冷血的爬行动物不同,许多恐龙拥有温血、高代谢的系统。这两种品质在寒冷的条件下对恐龙都有帮助。

肯特说:"火山爆发期间的严冬可能给热带地区带来了冰冷的温度,这就是许多大型、裸体、没有羽毛的脊椎动物的灭绝似乎发生的地方。而我们优秀的有羽毛的朋友在高纬度地区适应了更冷的温度,却表现得很好。"

这些发现违背了对恐龙的传统想象,但是一些著名的专家说他们相信。爱丁堡大学古生物学和进化论教授斯蒂芬-布鲁萨特说:"有一种刻板印象,认为恐龙总是生活在郁郁葱葱的热带丛林中,但是这项新的研究表明,高纬度地区在一年中的部分时间里会很冷,甚至被冰覆盖。生活在高纬度地区的恐龙恰好已经有了冬衣,[而]它们的许多三叠纪竞争者已经灭绝了。"

犹他州自然历史博物馆的古生物馆长、早期恐龙专家Randall Irmis对这一观点表示同意。他说:"这是来自高纬度地区的第一个详细证据,是三叠纪最后1000万年的第一个证据,也是真正冰雪条件的第一个证据。人们习惯于认为这是一个整个地球都很炎热和潮湿的时代,但事实并非如此。"

为了更好地了解这个时期,下一步是让更多的研究人员在像准噶尔盆地这样的前极地地区寻找化石。"化石记录非常糟糕,而且没有人在勘探,这些岩石是灰色和黑色的,在这些地层中勘探[化石]要难得多。大多数古生物学家被吸引到晚侏罗纪,众所周知,那里有许多大骨架可供利用。古北极地区基本上被忽略了"。

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