白垩纪-第三纪灭绝事件 :白垩纪-第三纪灭绝事件

更新时间:2024-09-20 23:28

白垩纪-第三纪灭绝事件是地球历史上的一次大规模物种灭绝事件,发生于中生代白垩纪与新生代第三纪之间,约6550万年前,灭绝了当时地球上的大部分动物与植物,包含恐龙在内。白垩纪-第三纪灭绝事件因为造成恐龙的灭亡与哺乳纲的兴起而著名,但是,二叠纪三叠纪灭绝事件灭绝了当时地球约90%的生物,才是地质年代中最严重的生物集体灭绝事件。

白垩纪与第三纪的地层之间,有一层富含的黏土层,名为K-T界线。由于国际地质科学联合会国际地层委员会不再承认第三纪是正式的地质年代名称,由古近纪与新近纪取代。因此,白垩纪-第三纪灭绝事件又可称为白垩纪-古近纪灭绝事件。

恐龙(不包含鸟类)的化石仅发现于K-T界线的下层,显示它们在这次灭绝事件发生时(或之前)迅速灭绝。有少部份恐龙化石发现于K-T界线之上,但这些化石被认为是因为侵蚀等作用,而被带离原本的地点,然后沉积在较年轻的沉积层。除了恐龙以外,沧龙科蛇颈龙目翼龙目、以及多种的植物与无脊椎动物,也在这次事件中灭绝。哺乳纲与鸟类则存活下来,并辐射演化,成为新生代的优势动物。大部分的科学家推测,这次灭绝事件是由一个或多个原因所造成.

灭绝模式

虽然白垩纪-第三纪灭绝事件造成许多物种灭绝,但不同的演化支,或是各个演化支内部,呈现出明显差异的灭绝程度。由于大气层中的微粒遮辟了阳光,减少抵达地表的太阳能,依赖光合作用的生物衰退或灭绝。在白垩纪晚期,食物链底层是由依赖光合作用的生物构成,例如浮游植物与陆地植物,如同现今的状况。证据显示,草食性动物因所依赖的植物衰退,而数量减少;同样地,顶级掠食者(例如霸王龙)也接连受到影响。

颗石藻(Coccolithophore)与软体动物门(包含菊石亚纲无齿鰶蛤、水生蜗牛、蚌),还有以上述硬壳动物维生的动物,在这次灭绝事件中灭亡,或遭受严重打击。例如,沧龙科被认为以菊石亚纲为食,这群海生爬行动物在白垩纪-第三纪灭绝事件中灭亡。

杂食性、食虫性、以及食腐动物在这次灭绝事件中存活,可能因为它们的食性较多变化。白垩纪末期似乎没有完全的草食性或肉食性哺乳动物。哺乳纲与鸟类借由以昆虫、蚯蚓、蜗牛…等动物为食,而在K-T事件中存活,而这些动物则以死亡的植物与动物为食。科学家假设,这些生物以生物的有机碎屑为生,因此得以在这次植物群崩溃的灭绝事件存活。

在河流生物群落中,只有少数动物灭亡;因为河流生物群落多以自陆地冲刷下来的生物有机碎屑为生,较少直接以活的植物为生。海洋也有类似的状况,但较为复杂。生存在浮游带的动物,所受到的影响远比生存在海床的动物还大。生存在浮游带的动物几乎以活的浮游植物为生,而生存在海床的动物,则以生物的有机碎屑为食,或者可转换成以生物的有机碎屑为食。

在这次灭绝事件存活下来的生物中,最大型的陆地动物是鳄鱼与离龙目,是半水生动物,并可以生物碎屑为生。现代鳄鱼可以食腐为生,并可长达数月未进食;幼年鳄鱼的体型小,成长速度慢,在头几年多以无脊椎动物、死亡的生物为食。这些特性可能是鳄鱼能够存活过白垩纪末灭绝事件的关键。

在灭绝事件过后,造成许多空缺的生态位,生态系统花了长时间才恢复原本的多样性。

微生物群

钙质微型浮游生物的化石记录中,白垩纪末灭绝事件是最大规模的集体灭绝之一;钙质微型浮游生物形成的钙质沉积层,也是白垩纪的名称来源。这次灭绝事件对钙质微型浮游生物的影响,只有到种的程度。根据统计分析,这段时间的海洋生物物种数量降低,多是因为迅速的灭亡,而非物种形成的减少。由于微生物的化石记录多由囊胞所构成,而不是所有的甲藻门鞭毛藻)都具有囊胞,因此K-T界线时期的双鞭毛虫门化石记录并不明确,造成相关研究的差异。2004年的一个研究,则认为当时的甲藻类并没有发生明显变动。

最早自奥陶纪之后,放射虫(Radiolaria)一度消失于化石记录。在白垩纪/第三纪交界,可以找到少量的放射虫化石。没有证据显示当时的放射虫遭到大规模的灭绝。在古新世早期,放射虫在南极洲区相当繁盛,这可能因为寒冷的气候。接近46%的硅藻物种,继续存活到上古新世。这显示白垩纪末的硅藻灭绝程度并不严重,层度仅到种的程度。

自从1930年代以来,科学家已着手研究白垩纪与第三纪交接时的有孔虫门(有孔虫门)灭绝状况。自从撞击事件可能造成白垩纪末灭绝事件的理论出现后,更多科学家研究K-T界线时的有孔虫门灭绝状况。但科学界对此的意见分为两派,一派认为有孔虫门主要因为这次灭绝事件而影响,另一派认为在白垩纪与第三纪交接时期,有孔虫门有过多次的灭绝与复原。

底栖的有孔虫类主要以生物有机碎屑为食,随者白垩纪末灭绝事件造成大量海洋生物死亡,众多的底栖有孔虫类也跟者灭亡。在海洋生态圈复原后,底栖有孔虫类的食物来源增加,物种形成也跟着增加。浮游植物在古新世早期复原,提供大型的低栖有孔虫类食物。直到灭绝事件后的数十万年,约在古新世早期,低栖生态系统才完全复原。

海生无脊椎动物

化石证据显示,在白垩纪-第三纪灭绝事件的前后,海生无脊椎动物有相当大的变化。但化石纪录的缺乏,使得无法显示出真实的灭绝比例。

介形纲介形虫)是甲壳亚门的一纲,这群小型动物在马斯特里赫特阶上层相当繁盛,在多个地区留下化石纪录。一个针对介形纲化石的研究,显示介形纲在古新世时期的多样性,低于第三纪的其他时期。但目前的研究无法确定介形纲的衰退,是在白垩纪末事件的之前或之后发生。

在白垩纪晚期的珊瑚虫纲石珊瑚目目中,有接近60%的属消失,没有存活到古新世。近一步的研究显示,栖息于温暖、亚热带、浅海地区的珊瑚,记有98%的种灭亡。而那些栖息于较寒冷、透光带以下、单独生长、无法形成珊瑚礁的珊瑚,受到灭绝事件的影响较小。与进行光合作用的海藻共生共存的珊瑚,则在白垩纪-第三纪灭绝事件中大量灭亡。但除了研究K-T界线到古新世地层中的珊瑚化石以外,还要参考当时的珊瑚礁生态系统变化。

在K-T界线之后,头足纲、棘皮动物门、瓣鳃纲的属数量,呈现明显的减少。而大部分的腕足动物门,在白垩纪末灭绝事件中存活,并在古新世早期开始多样化。

软体动物门头足纲中,大部分的物种在这次灭绝事件灭亡,只有鹦鹉螺亚纲(以现代的鹦鹉螺为代表)与鞘亚纲(演化成现代的章鱼、鱿鱼、十腕总目)存活至今。这些灭亡的物种包含独特的箭石目,以及高度多样性、分布广泛且数量众多的菊石亚纲。研究人员指出鹦鹉螺亚纲产的卵较大、数量较少,是它们存活下来的重要原因。而菊石产的卵数量众多、以浮游生物方式生存,因此在白垩纪末灭绝事件中灭亡。在全球各地的菊石亚纲灭亡之后,鹦鹉螺亚纲的外壳开始辐射演化,演化出不同的形状,构造日益复杂,与昔日的菊石类似。

在棘皮动物门中,接近35%的属在这次灭绝事件中消失。其中,生存在低纬度、浅水的棘皮动物灭亡比例最高;而生存在中纬度、深海区域的棘皮动物,被影响的程度则较小。这种灭绝模式的成因可能是栖息地的消失,尤其是浅水地区的碳酸盐岩台地

其他的无脊椎动物,例如厚壳蛤类(可形成礁的丽文蛤)与叠瓦蛤(现代扇贝的大型近亲蟳),则在白垩纪-第三纪灭绝事件中全数灭亡。

鱼类

在K-T界线的上下地层,有大量的有颌下门化石,可供科学家研究这些海生脊椎动物的灭绝模式。在软骨鱼纲中,有接近80%的鲨鱼、十腕总目的科存活过这次灭绝事件;在真骨下纲中,只有少于10%的科消失。在南极洲附近的西摩岛,化石纪录显示K-T界线的上层有大量的硬骨鱼死亡。科学家推论当时的鱼类曾经面临环境变动,而K-T事件应是这次环境变动的主因。但是,海洋与淡水环境,减轻了鱼类所遭受环境变动的影响。

陆地无脊椎动物

北美洲的14个地点,被子植物门化石被用来研究昆虫的多样性变化与灭绝比例。研究人员发现,在K-T界线前的白垩纪地层,有丰富的植物,昆虫很多样化。在古新世早期(约灭绝事件后170万年),植物群仍相当多样化,来自昆虫的采食则较少。

陆地植物

在白垩纪-第三纪灭绝事件发生时,没有广布于全球的植物可供研究。但个别地区的植物群连续状况可供研究。在北美洲,白垩纪-第三纪灭绝事件发生时有大量植物灭亡,但在该次灭绝事件发生前,已有明显的植物群变化。

南半球的高纬度地区,例如新西兰南极洲,植物群的物种并没有发生大量消失,但在植物的繁盛状况则有短期、剧烈的变化。在北美洲,有接近57%的植物物种灭亡。在古新世,化石记录中的蕨叶,显示蕨类开始再度兴盛,植物群开始复原。在1980年的圣海伦火山爆发后,也出现类似的蕨类复兴状况。

由于白垩纪末灭绝事件,对植物群造成整体性的破坏,当时的腐生生物大量激增,例如真菌,这些生物不需依靠光合作用,而分解死亡植物以吸收营养。真菌的繁盛只持续了数年,当大气层恢复正常后,光合作用植物(例如蕨类)开始再度生长。

两栖动物

证据显示,两栖动物没有因为白垩纪-第三纪灭绝事件而大量灭亡,大多数成员都存活下来。数个针对蒙大拿州蝾螈化石研究指出,七个蝾螈属中有六个属存活过这次灭绝事件。

青蛙似乎存活到古新世,只有少数种灭亡。但在化石纪录中,青蛙的科与属数量并不清楚。一个针对蒙大拿州的三个属的青蛙研究指出,它们并没有受到白垩纪末灭绝事件的影响。这些数据显示,没有两栖纲的科在这次灭绝事件中灭亡,或是受到打击。原因是两栖类可在水中生存,或者在沉积物、土壤、树木中筑穴、或是在岩层中的洞存活。

非主龙类的爬行纲

在白垩纪-第三纪灭绝事件中,非主龙类的爬行纲龟鳖目、鳞龙超目(包含现今的蛇、四脚蛇蚓蜥)存活下来,此外还有半水生的离龙目(属于原始的主龙形下纲,消失于中新世)也幸存过这次灭绝事件。有超过80%的白垩纪乌龟,存活过这次事件。在白垩纪末,总计有六个乌龟的科,都存活到第三纪,并存活至现今。

现存的鳞龙类包含:喙头目有鳞目。在中生代早期,喙头蜥目是群相当成功的动物,而且分布广泛,但在白垩纪中期开始衰退。喙头蜥目目前仅存一属,仅存于新西兰

现存的有鳞目包含:蜥蜴、蛇、以及蚓蜥,它们在侏罗纪占据了许多不同的生态位,并成功地存活到白垩纪。有鳞目存活过白垩纪末灭绝事件,成为现今最成功、最多样化的爬行纲,目前总计有超过6,000个种。目前未知有任何陆生有鳞目的科,在这次灭绝事件中消失,化石证据也显示它们的数量没有明显的变化。这些陆生有鳞目动物的体型小、适应性强的代谢率、以及可改变栖息环境的能力,是它们在白垩纪晚期/古新世早期幸存的原因。

非主龙类的海生爬行动物,包含沧龙科蛇颈龙目,它们是白垩纪时的优势海生掠食动物,但在白垩纪末灭亡。

主龙类

主龙类包含两个主要演化支,镶嵌踝类主龙包含鳄鱼与其近亲蟳鸟颈类主龙包含翼龙目、恐龙、以及鸟类。

鳄形超目

马斯特里赫特阶的化石纪录中,鳄形超目有10个科存在者,其中5科在K-T界线后消失,其余5科存活到古新世。这些幸存的鳄鱼大多栖息于淡水与陆地环境,唯有森林鳄科同时存活于淡水与海洋环境。由此可看出有50%的鳄鱼灭绝,而且没有大型鳄鱼存活下来,例如北美洲恐鳄。鳄鱼在灭绝事件后大量存活的原因,可能是它们的水生生态位与穴居的生活方式,这样可以减少环境剧烈变动的影响。在2008年,Stéphane Jouve与其同事提出森林鳄科的幼年体生活于淡水环境,如同今日的海生幼年鳄鱼,所以当其他海生爬行动物灭亡时,森林鳄科仍得以继续幸存。淡水环境受到白垩纪-第三纪灭绝事件的影响,不若海洋环境来得大。

翼龙目

马斯特里赫特阶,唯一确定存在的翼龙目神龙翼龙科,神龙翼龙科也在灭绝事件中灭亡了。在白垩纪中期,仍有10科大型翼龙类存活者,而后逐渐衰退。较小型的翼龙类则早在马斯特里赫特阶以前就已灭亡。在马斯特里赫特阶前,已出现小型动物衰退,而大型动物更为繁盛的现象。在这个时期,新鸟亚纲开始多样化,并取代其他原始鸟类与翼龙类的生态位,这些动物之间可能出现直接的竞争,或只是新鸟亚纲占据这些消失物种的空白生态位。

恐龙

许多白垩纪末灭绝事件的研究,都关注于恐龙如何灭绝。除了少数的争议研究,大部分科学家同意恐龙(不包含鸟类)在白垩纪末灭绝事件中灭绝。关于恐龙的灭绝过程分为两派意见,第一派认为在白垩纪的最后数百万年,恐龙的多样性已出现衰退,第二派则认为,在最后数百万年,并没有迹象显示恐龙的衰退。而目前科学家仍无法根据这个时期的恐龙化石,在这两派意见中做出定论。目前没有证据显示马斯特里赫特阶晚期的恐龙,有穴居、游泳、潜水等习性,所以无法减低环境变动所带来的影响。某些小型的恐龙可能会存活下来,但它们不分草食性或肉食性,都会面临植物或猎物的短缺。

近年来,关于恐龙是内温性动物的证据日渐增多,恐龙与近亲蟳鳄鱼的不同代谢程度,有助于科学家研究它们在白垩纪末的灭绝与存活原因。鳄鱼属于变温动物,可以连续数个月未进食;而恐龙体型接近的温血动物,需要更多的食物来源,以维持较快的代谢率。因此当K-T事件发生时,整个食物链崩溃,需要大量食物的恐龙灭亡,而鳄鱼继续存活。鸟类与哺乳纲等内温性动物,可能因为体型较小而所需食物较少,加上其他因素,得以在这次灭绝事件幸存。

有数个研究人员主张,恐龙的灭绝是逐渐性的,甚至有恐龙存活到古新世。他们宣称在海尔河组的岩层中,在K-T界线的上方1.3米处,发现了7种恐龙牙齿化石,意味者在K-T界线后的4万年,仍有恐龙存活者。在犹他州圣胡安河的白杨山砂岩层(Ojo Alamo Sandstone),发现了鸭嘴龙科的包括股骨在内的34块骨骼化石,附近有古新世的标准花粉,也得到了古地磁证据的支持。科罗拉多州的阿尼马斯组(Animas Formation)含恐龙部分的时代也可能属于古新世。这个发现显示该种恐龙存活到第三纪,接近6450万年前,K-T界线后的100万年。如果这个发现属实,这种鸭嘴龙类将成为幸免存活的演化支。但是有些人研究认为,上述化石可能因为侵蚀作用,而被带离原本的地点,而在较年轻的沉积层中再度沉积。2004年的一项研究表明在中国南雄盆地发现的鸭嘴龙化石和蛋化石中发现有第三纪的花粉沉积。

鸟类

大部分古生物学家认为鸟类是唯一存活到今日的恐龙。在鸟类中,除了新鸟亚纲以外的原始鸟类在白垩纪末灭绝,包含当时相当繁盛的反鸟亚纲黄昏鸟目。数个关于鸟类化石的研究显示,在K-T界线以前,鸟类的物种已出现多样化现象,而鸭、鸡、以及鸵鸟目近亲蟳已经出现,并与恐龙共同生存。许多新鸟亚纲因为能够潜水、游泳、或是在水中与沼泽寻找庇护地,因此得以在这次灭绝事件中存活。此外,许多鸟类能够逐穴,或生存在树洞或白蚁巢中,它们也存活过这次灭绝事件。这些存活下来的鸟类,在灭绝事件后占据许多恐龙的原本生态位

哺乳动物

海尔河组

所有白垩纪哺乳纲主要族系,包含:卵生单孔目多瘤齿兽目有袋类真兽下纲、齿兽总科(Dryolestoidea,原始的兽亚纲)、以及冈瓦那兽亚目(Gondwanatheria,属于异兽亚纲),都存活过白垩纪-第三纪灭绝事件,但都遭受重大损失。生存在北美洲亚洲的原始有袋类三角齿兽超科(Deltatheroida)遭到绝种。在北美洲的海尔河组,10种多瘤齿兽目中有至少一半成员,以及11种有袋类,都遭到灭亡。

在白垩纪-第三纪灭绝事件的前3000万年,哺乳纲开始多样化。白垩纪-第三纪灭绝事件阻碍了哺乳动物的进一步多样化。目前的研究指出,尽管恐龙的消失留下大量生态位,但哺乳动物并未因此爆炸性多样化。一个研究指出,数个哺乳动物的目,在白垩纪-第三纪灭绝事件后不久开始多样化,包含翼手目(蝙蝠)、鲸偶蹄目鲸目海豚、以及偶蹄目);但另一个研究则提出不同看法,认为在白垩纪-第三纪灭绝事件后,只有有袋类开始多样化。

在K-T事件以前,哺乳纲的体型通常很小,接近老鼠的体型,使它们容易找到庇护地。此外,某些早期单孔目、有袋类、以及真兽下纲是半水生或穴居动物,如同许多现今哺乳动物的栖息环境。半水生或穴居哺乳动物可在白垩纪-第三纪灭绝事件造成的环境压力中找到庇护所。

证据

北美洲化石

在白垩纪-第三纪灭绝事件发生前的地层,有相当丰富的恐龙化石

在北美洲的陆相地层层序中,马斯特里赫特阶晚期的丰富孢粉型态与K-T界线后的蕨叶,最能突显两个不同时期地层的差异。

在K-T界线发生前,已知最富含恐龙化石的地层位于北美洲西部,尤其是美国蒙大拿州的海尔河组(年代为马斯特里赫特阶晚期)。若与海尔河组与加拿大阿尔伯塔省与蒙大拿州的朱迪斯河组/恐龙公园组(年代较早,约7500万年前)相比较,可得出白垩纪最后1000万年的恐龙数目变化。这些地层的地理分布有限,仅分布于北美洲的部分地区。

在坎潘阶中到晚期的地层中,恐龙的多样性超过其他时期。马斯特里赫特阶晚期出现数种大型恐龙:霸王龙甲龙、厚头龙、三角龙、以及牛角龙属,显示在灭绝事件发生前,这个地区的食物相当丰富。

除了丰富的恐龙化石,植物化石纪录可重建出植物物种的大幅减少,成为灭绝事件的证据。在K-T界线以上的地层,花粉化石证实该时期的优势植物是被子植物门;在交界处的地层,花粉化石很少,主要是蕨叶化石。从K-T界线往上层探索,可以看出花粉化石的数量逐渐增多。在火山爆发后的地区,也可找到这种植物化石的改变模式。

海洋化石

海生浮游生物的大规模、迅速灭亡,发生于K-T界线时。早在K-T界线前,菊石亚纲已有小规模、缓慢的衰退,可能与白垩纪晚期的海退有关,其余的属在K-T界线时灭亡。瓣鳃纲叠瓦蛤科的大部分物种,在K-T界线前已经逐渐灭亡;同样在白垩纪末期,菊石的多样性也出现小规模、逐渐的衰退。研究显示,在白垩纪晚期的海洋中,已出现数种不同的灭绝模式,发生时间部分交错,这些灭绝模式结束于白垩纪末灭绝事件。

经历时间

关于白垩纪-第三纪灭绝事件的持续时间,长久以来仍处于争议中,因为某些理论认为这次灭绝事件的过程很短(从数年到数千年之间),而其他的理论则认为灭绝的过程持续了长时间。由于不可能找到一个物种的完整化石纪录,所以已灭绝物种的真正灭绝时间,可能晚于最后的化石纪录。因此,灭绝事件的经历时间难以测定。科学家已发现少数横跨K-T界线、带有化石的地层,年代从K-T界线前数百万年,到K-T界线后近百万年。

灭绝原因

关于白垩纪-第三纪灭绝事件的成因,科学家们目前已提出数个理论。这些理论多关注于撞击事件,或是火山爆发,某些理论甚至认为两者都是原因。在2004年,J. David Archibald与David E. Fastovsky试图提出一个结合多重原因的灭绝理论,包含:火山爆发、海退、以及撞击事件。在这个理论中,白垩纪晚期的海退事件,使陆地与海洋生物群落面临栖息地的改变或消失。恐龙是当时最大的脊椎动物,首先受到环境改变的冲击,多样性开始衰退。火山爆发喷出的悬浮粒子,使得全球气候逐渐冷却、干旱。最后,撞击事件导致依赖光合作用食物链崩溃,并冲击已经衰退的陆地食物链与海洋食物链。多重原因理论与单一原因理论的差别在于,单一原因难以达成大规模的灭绝事件,也难以解释灭绝的模式。

墨西哥湾的一颗巨大的小行星撞击现场的新发现已经与恐龙灭绝的时间线相吻合,为小行星撞击致恐龙灭绝的理论提供了重要依据。

参考资料

新发现为小行星撞击致恐龙灭绝的理论提供重要依据|陨石坑|小行星_新浪科技_新浪网.新浪网.2021-02-26

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