从地质历史演化趋势分析恐龙的灭绝

doi:10.3969/j.issn.0253-9608.2018.02.008

从地质历史演化趋势分析恐龙的灭绝

魏军晓①†，潘云唐②

①中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；②中国科学院大学，北京 100049

摘要恐龙灭绝一直是天文学、地质学、生物学等学科研究的课题。至今有130余种恐龙灭绝的观点或学说解释，大致可概括为地外因素(小行星或彗星撞击说、太阳黑子等)、地内因素(火山喷发、板块运动、气候巨变等)和恐龙生理结构因素(恐龙蛋壳病态和雌雄比例失调等)。由于全球不少地区的白垩系/古近系地层中存在铱(Ir)元素异常，因此撞击说成了导致恐龙灭绝的主流学说；但是恐龙蛋壳病态、白垩系/古近系(K/Pg)连续过渡沉积以及海洋沉积等证据的出现，撞击说渐渐受到质疑。纵观地质历史时期的数次生物大灭绝，不难发现许多物种都有萌生→发展→壮大→衰退→灭绝的过程。因此，应多因素地从地史演化趋势的角度分析恐龙的灭绝。

关键词 恐龙灭绝；地外因素；地内因素；生理结构；地史演化趋势

生物灭绝一般有常规灭绝和集群灭绝两种。前者即新旧物种之间的自然更替，并且具有连续性和渐变性。常规灭绝是生物进化的自然过程，符合达尔文的生物进化论。集群灭绝则是短时间内生物物种的整体消失，符合居维叶的灾变论。地质历史过程曾经发生过数次生物大灭绝，其中有5次较为突出(俗称“五大灭绝”[1])：①距今约443 Ma的奥陶纪末期，85%的物种惨遭灭绝；②距今约372 Ma的泥盆纪末期，海洋生物惨遭灭顶之灾；③距今约252 Ma的二叠纪末期，90 %的生物惨遭灭绝；④距今约201 Ma的三叠纪末期，爬行类动物受到重创；⑤距今约66 Ma的白垩纪末期，恐龙、菊石、箭石、浮游有孔虫和大部分鸟类以及原始哺乳类等2/3以上的物种灭绝。上述5次生物大灭绝中，科学家最感兴趣、研究最多的莫过于恐龙的灭绝，有关其灭绝原因的学说或观点有130余种。由于意大利、丹麦、西班牙、美国和墨西哥等地的白垩纪/古近纪(K/Pg)地层界限中铱(Ir)元素异常的发现，使得撞击说一度成为恐龙灭绝的主流学说。然而，对中国广东南雄盆地[2]、河南西峡盆地[3]和四川盆地[4]等地的研究表明，这些地区的恐龙灭绝并非小行星或彗星撞击地球所致。因此，有理由对撞击说提出质疑。

任何物种的出现、强盛、衰退甚至最后走向灭绝都是需要时间的，恐龙也不例外。定性来讲，用达尔文的进化论解释恐龙的灭绝不难得出如下观点：在地质和气候环境恶化以及被子植物占绝对优势的白垩纪末期，恐龙不是“适者”，所以才会被“淘汰”。定量来讲，一些学者提出的恐龙的灭绝并非发生在瞬间[5-6]而是经历了数十万年时间[7]的观点，是对上述定性描述恐龙灭绝的半定量阐述。虽然K/Pg地层界限中存在大量灾变证据，但从南雄盆地和西峡盆地等地的恐龙灭绝原因来看，地外因素并非主因，灾变或许加速了恐龙的灭绝。另有研究表明，K/Pg界限中发现的Ir异常和海生浮游生物的突然灭绝作为地外撞击引发白垩纪末期的生物大绝灭的证

†通信作者，研究方向：环境地球化学。E-mail: weijx.13s@

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据，也可能是深海地层记录暂时不完整的一种假象[8-9]。众多科学家指出，在古近纪界限前大约1 000万年开始，恐龙的生存环境便开始显著恶化。由于海平面急剧下降，沿海植物匮乏，食物数量骤减，栖息地消失导致无足够生存空间等原因，古近纪界限前的300~1 000万年间恐龙的数量急剧减少。所以，在小行星或彗星撞击地球前的数百万年前，恐龙数量就在减少。同时，白垩纪末期还是全球性的最具破坏性的火山活动时期，恶劣的生存环境无疑会加速恐龙的灭绝。因此，综合地内、地外以及恐龙自身等多因素，从地史演化趋势的角度，提出了地史演化趋势说来分析恐龙的灭绝。

1 恐龙灭绝的原因及评述

目前约有130多种有关恐龙灭绝原因的学说、假设、猜想或臆想，部分学说从一开始提出就备受争议，部分学说开始被其他学者欣然接受后又遭到怀疑甚至被推翻，等等。由于前人已对各学说进行了详细论述，本文不在此赘述，仅将部分学说列出并进行简单评述。1.1 与温度有关的学说1.1.1 雌雄比例失调说

观点：有学者提出恐龙灭绝是雌雄比例严重失调引起的。白垩纪末期全球气温骤变，由于温度变化会影响爬行动物的性别比例，所以当时的地质环境可能导致晚白垩世的恐龙孵化出的全为雄性或雌性[10]。

评述：该学说必须有两个前提做支撑，即恐龙是卵生，并且恐龙是变温动物。上述两个前提却一直备受争议：①恐龙并不都是卵生，雷龙可能是胎生；②恐龙是变温动物还是恒温动物仍然有待研究。另外，白垩纪末期气温升高还是下降仍有争议[11-13]

，但更多资料倾向于气温升高[ 12-14]。1.1.2 严寒说

观点：近1亿年中，地球气候有变冷的趋势，中生代时期的全球气候温暖，至K/Pg 界限前200万年前开始出现冰期。由于恐龙是在温暖

气候中生存的，所以冰期导致了恐龙的灭绝。

评述：该假说没有说明形成冰期的原因。白垩纪中期至古近纪早期是典型的温室气候时期[15-16]，正如图1所示[12]，白垩纪末期气候温暖不至于使恐龙灭绝。另外，正如上文所述恐龙可能是恒温动物，所以该假说存在诸多疑点。1.2 与食物有关的学说1.2.1 被子植物(生物碱)中毒说

观点：白垩纪时期，地球上的裸子植物被大量的被子植物取代，被子植物中含有植物毒素，形体巨大的恐龙食量奇大，摄入被子植物导致体内毒素积累过多，最终被毒死。以草食性恐龙为食的肉食性恐龙也被毒死。

评述：被子植物在白垩纪末期占统治地位的事实是无疑的，生物碱中毒说可以从一定程度上解释恐龙的灭绝，但是无法解释同时期多种爬虫类、海洋无脊椎动物、哺乳类和鸟类等物种的灭绝。1.2.2 饥荒说

观点：在海洋表层的浮游生物中，大多数单细胞的光合浮游生物在白垩纪末期发生灭绝，引起食物链的崩溃，最终导致恐龙的灭绝。

评述：该假说没有说明海洋浮游生物灭绝的原因。另外，恐龙该物种有陆生的，也有飞翔在空中以及在水中生活的，因此海洋表层浮游生物的灭绝不足以引起具有多种生活方式的恐龙的灭绝。1.3 撞击说

1.3.1 小行星撞击说(“一次撞击说”)

观点：Alvarez 父子及其团队等[20]首次发现了K/Pg 界限黏土中Ir 含量异常，据此在前人基础上发展和完善了小行星撞击说。小行星撞击说认为，小行星撞击地球会导致“撞击冬天”、全球大火、全球酸雨，从而导致恐龙灭绝。

评述：虽然意大利、丹麦、西班牙、美国和墨西哥等地的K/Pg 地层界限发现Ir 含量异常，但也有在该地层界限中发现恐龙化石却未发现Ir