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石炭纪雨林崩溃事件

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石炭纪时间表
直轴：百万年前


石炭纪雨林崩溃事件（Carboniferous rainforest collapse）是一次发生在约3.05亿年前的石炭纪时期，莫斯科阶末期和卡西莫夫阶早期之间的小型灭绝事件。[1]此事件虽然规模较小，但仍然造成众多物种的灭绝，并对欧洲和美洲赤道地区广泛存在的煤炭森林产生深远的影响。此事件可能导致森林生态系统瓦解，使得许多植物和动物种类变得矮小，进而引发后续的物种灭绝，包括受雨林崩溃影响最深的蕨类植物、昆虫、两栖动物等。

在雨林崩溃事件后，热带森林重新分布于地球的大部分区域，但其范围和物种组成发生了变化。更具抗旱能力的种子蕨和其他裸子植物取代了石松等蕨类，成为主要的陆生植物。与此同时，由于雨林和树沼湿地的缩小，大片土地转变成干燥的沙漠，促使可以离开水体繁衍的羊膜动物扩展其生态位，成为主要的陆生动物。

陆地上的灭绝 编辑

在石炭纪时期，欧亚大陆上广袤的煤炭森林为高耸的石松门和多样的植被提供了繁茂的栖息地，同时也为各种动物提供了家园，包括巨脉蜻蜓、千足虫、两栖动物和最早的羊膜动物。

植物 编辑

植物方面，石炭纪煤炭森林的兴起通过分解低能量物质开始转变地貌，形成像是拥有丰富有机物的河流和多通道冲积岛的景象。木本植物的演化使得洪氾平原森林更加密集，同时木质碎片的产生和植物根系组合的复杂性增加，减少了侵蚀和运动[2]。

在石炭纪晚期，蕨类植物的出现频率逐渐上升，并延续至二叠纪早期。蕨类的主导使生态系统发生了变化，蜿蜒分枝的河流开始出现，大型木质碎片增多，原木堵塞（英语：Log jam）[注 1]的记录明显减少[2]，雨林也逐渐缩小，最终在卡西莫夫阶时期从化石记录中消失。

动物 编辑

在动物方面，雨林崩溃之前动物种类分布广泛，同一种动物遍布热带地区。然而在崩溃后，每个幸存的雨林丛都发展出独特的物种组合。许多两栖动物灭绝，而爬行动物在事件后演化出更多样化的物种[1]。虽然大多数生物因资源匮乏而急速消失，但随着幸存的植物和动物重新适应环境，开始适应新的资源取得方式。石炭纪雨林崩溃后，每个雨林丛进化出独特的物种，呈现出各自独有的生态特征。

物种的恢复 编辑

雨林的分裂在欧洲地区为物种留下了一些孤立的避难所，然而这些地方也无法维持物种的生存。许多物种在莫斯科期的热带湿地就已消亡[注 2]。[4]石炭森林的消失导致大气中氧气浓度减少，进而使得当时的巨大节肢动物缩小。氧气减少使昆虫无法维持巨大尺寸，因此在生态栖息地遭受损失的同时，巨型节肢动物在此事件中灭绝。最为明显的例子包括巨脉蜻蜓和千足虫（节胸属）。

 
石炭纪雨林崩溃后，煤炭森林仍然存在。这些植物化石来自其中一片森林，距石炭纪热带雨林崩溃大约500万年。然而，森林的构成从以鳞木属为主的森林变成了以树蕨和种子蕨为主的森林。

脊椎动物 编辑

这场突如其来的崩溃对许多主要的脊椎动物产生了深远的影响。离片椎目两栖动物受到了严重的冲击，而羊膜动物则更能够适应随后的干燥气候。两栖动物必须返回水中进行繁殖，而羊膜动物却恰恰相反。它们的蛋内羊膜具有透气和保持湿润的特性，使其能够在陆地上产卵并更好地适应新的环境。羊膜动物以比两栖动物更快的速度适应新的环境以及食物来源，如食草和食肉，这是在雨林崩溃之前主要以食虫和食肉为主的羊膜动物所不具备的。

这次灭绝对两栖动物的演化产生了长期的影响。在长时间的寒冷天气下，两栖动物能够通过降低代谢率和冬眠（即在大部分时间内保持不活动的状态）来生存。然而，这只是一种短期的应对策略，并不适用于应对长期的不利环境，尤其是适应干燥气候的情况。由于两栖动物的适应能力受到限制，难以适应或主导二叠纪的干燥环境，因此许多两栖物种未能及时占据新的生态位而灭绝。

 
这是早期的羊膜动物样貌。羊膜动物如始祖单弓兽属是在崩溃以后迅速恢复的物种。

可能成因 编辑

气候说 编辑

有关石炭纪雨林崩溃的原因和特性存在着多种假设，其中一些与气候变化有关。[5][6][7]在巴什基尔阶后期的晚古生代大冰期之后，气候开始在潮湿和干旱间频繁变化，[8]到了宾夕法尼亚纪中期（莫斯科阶），干旱周期正式开始。

在石炭纪雨林崩溃时，气候变得更冷且更干燥，岩石记录也显示地球进入短暂而激烈的冰河时代。此时的地球海平面下降了100米，冰川覆盖了冈瓦那大陆南部的大部分地区。[9]这种更凉爽、更干燥的气候条件对热带雨林及其中大部分生物的生长不利。雨林收缩成孤立的岛屿，被限制在潮湿的山谷而进一步分散，原始的石松雨林生态系在这次初期的气候危机中几乎无一幸存。到了宾夕法尼亚纪晚期和二叠纪早期，大气中二氧化碳的浓度降到历史低点。[8][9]

随着后来的气候变化再次导致干燥，热带雨林最终被季节性干燥的生态系所替代。[10]尽管崩溃的确切速度和性质尚不清楚，但通常认为在地质学方面发生的速度相对迅速，最多仅有几千年。

火山说 编辑

研究者在使用新的参考框架来复原斯卡格拉克中心大火成岩区（英语：Skagerrak-Centered Large Igneous Province）（SCLIP）的中心区域后，便提出火山说。研究显示斯卡格拉克海峡热柱从核幔边界升至约3亿年前的所在位置。[11]此次主要的喷发事件发生在极短的时间范围内（约为297±4百万年前），并与石炭纪雨林崩溃的发生时间相符。[12]

注脚 编辑

  1. ^ 原木堵塞是指在河流或湖泊中，由于大量的原木被卡在一起，导致水流受阻的现象。[3]
  2. ^ 包括Flemingitaceae、Diaphorodendraceae、Tedeleaceae、Urnatopteridaceae、Alethopteridaceae、Cyclopteridaceae、Neurodontopteridaceae[4]


参考资料 编辑

  1. ^ 1.0 1.1 Sahney, S., Benton, M.J. & Falcon-Lang, H.J. Rainforest collapse triggered Pennsylvanian tetrapod diversification in Euramerica (PDF). Geology. 2010, 38 (12): 1079–1082 [2016-11-29]. Bibcode:2010Geo....38.1079S. doi:10.1130/G31182.1. （原始内容存档于2011-10-11）. 
  2. ^ 2.0 2.1 Davies, N.S.; Gibling, M. R. Evolution of fixed-channel alluvial plains in response to Carboniferous vegetation. Nature Geoscience. 2011, 21 (9): 629–633. Bibcode:2011NatGe...4..629D. doi:10.1038/ngeo1237. 
  3. ^ Wohl, Ellen. Large in-stream wood studies: a call for common metrics. Earth Surface Processes and Landforms. April 2010, 35 (5): 618–625. S2CID 16337806. doi:10.1002/esp.1966  . 
  4. ^ 4.0 4.1 Borja Cascales-Miñana; Christopher J. Cleal. The plant fossil record reflects just two great extinction events. Terra Nova. 2013, 26 (3): 195–200 [2016-12-06]. doi:10.1111/ter.12086. （原始内容存档于2016-06-30）. 
  5. ^ Fielding, C.R.; Frank, T.D.; Birgenheier, L.P.; Rygel, M.C.; Jones, A.T. & Roberts, J. Stratigraphic imprint of the Late Palaeozoic Ice Age in eastern Australia: A record of alternating glacial and nonglacial climate regime. Geological Society of London Journal. 2008, 165 (1): 129–140. Bibcode:2008JGSoc.165..129F. S2CID 31953303. doi:10.1144/0016-76492007-036. 
  6. ^ Heckel, P.H. Lost Branch Formation and revision of upper Desmoinesian stratigraphy along midcontinent Pennsylvanian outcrop belt. Geological Survey Geology Series. 1991, 4. 
  7. ^ DiMichele, W.A.; Cecil, B.; Montanez, I.P. & Falcon-Lang, H.J. Cyclic changes in Pennsylvanian paleoclimate and effects on floristic dynamics in tropical Pangaea. International Journal of Coal Geology. 2010, 83 (2–3): 329–344. Bibcode:2010IJCG...83..329D. S2CID 64358884. doi:10.1016/j.coal.2010.01.007. 
  8. ^ 8.0 8.1 Gulbransona, Montañezb; Taborc, Limarinod. Late Pennsylvanian aridification on the southwestern margin of Gondwana (Paganzo Basin, NW Argentina): A regional expression of a global climate perturbation. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2014, 417: 220–235. Bibcode:2015PPP...417..220G. doi:10.1016/j.palaeo.2014.10.029. hdl:11336/20017  . 
  9. ^ 9.0 9.1 Polly, D.P. The Carboniferous Crisis (PDF). 2011 [2011-09-04]. （原始内容 (PDF)存档于2013-03-20）. 
  10. ^ Montañez, I.P.; Tabor, N.J.; Niemeier, D.; DiMichele, W.A.; Frank, T.D.; Fielding, C.R.; Isbell, J.L.; Birgenheier, L.P. & Rygel, M.C. CO2-forced climate and vegetation instability during late Paleozoic deglaciation. Science. 2007, 315 (5808): 87–91 [2023-12-07]. Bibcode:2007Sci...315...87M. PMID 17204648. S2CID 5757323. doi:10.1126/science.1134207. （原始内容存档于2023-08-02）. 
  11. ^ T.H. Torsvik; M.A. Smethurst; K. Burke; B. Steinberger. Long term stability in deep mantle structure: evidence from the 300 Ma Skagerrak-Centered Large Igneous Province (the SCLIP). Earth and Planetary Science Letters. 2008, 267 (3–4): 444–452. Bibcode:2008E&PSL.267..444T. doi:10.1016/j.epsl.2007.12.004. 
  12. ^ Vadim A. Kravchinsky. Paleozoic large igneous provinces of Northern Eurasia: Correlation with mass extinction events. Global and Planetary Change. 2012, 86–87: 31–36. Bibcode:2012GPC....86...31K. doi:10.1016/j.gloplacha.2012.01.007. 

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