一、生物大滅絕事件概述
24億年前的大氧化事件，導(dǎo)致了大量厭氧的古細菌和真細菌消亡，但由于化石證據(jù)稀缺，已難以考證。一般認為，顯生宙以來主要發(fā)生了五次生物大滅絕事件，并有豐富的化石記錄保存的地質(zhì)證據(jù)，形成了許多重要的地層界線（K–Pg、Tr–J、P–Tr、D3、O–S界線）。
寒武紀以來海洋生物化石屬總數(shù)量隨時間分布的變化指示生物多樣性的變化
（Rohdeet al.,2005）
上圖底部顯示了生物化石屬的總數(shù)量，顯示生物多樣性總體上不斷增加。如果去掉總體的增長趨勢，生物多樣性的周期性變化將顯示出來，并顯示62百萬年的周期（上圖頂部）。如果僅考慮“短期的”生物化石屬（生存時間小于45百萬年)，那么62百萬年的周期也可以揭示（上圖中部）（Rohde et al.,2005）。
地質(zhì)歷史上的大滅絕事件時間上的分布
（據(jù)Thomson Higher Education，2007）
二、第一次生物大滅絕
發(fā)生于4.5-4.4億年前奧陶紀末期，造成27%的科、57%的屬和60-70%的物種滅絕（約85%的物種？）。這次事件是海洋無脊椎動物的重大災(zāi)難，造成了腕足類、苔蘚蟲、牙形蟲、三葉蟲、筆石類、雙殼類和棘皮類等類群的大量種類絕跡。原始魚類存活了下來，并在這次大滅絕之后開始繁盛，漸漸取代無脊椎動物而主導(dǎo)海洋世界。
奧陶紀末期，全球氣候變冷造成，南極冰蓋形成，大冰蓋冷卻洋流和大氣環(huán)流，冰蓋還鎖住大量水體，造成了全球海平面的下降，淺海區(qū)域大面積減少，而由于淺海是海洋生命賴以生存的環(huán)境，大量海洋無脊椎動物，尤其是底棲生物種類消亡。也有觀點認為這次事件是銀河系內(nèi)一顆超新星爆炸引發(fā)的伽瑪射線暴造成，有待深入研究。
志留紀海洋生物（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
4億年前海洋占據(jù)地球的絕大部分區(qū)域。海洋里的魚類通過演化已經(jīng)分化為截然不同的5大類：無頜類、盾皮魚類、棘魚類、軟骨魚類以及硬骨魚類。其中，無頜類、軟骨魚類和硬骨魚類從那時起，一直延續(xù)到今天。而盾皮魚類和棘魚類則已經(jīng)滅絕了。
三、第二次生物大滅絕
第二次生物大滅絕發(fā)生于距今3.75至3.6億年前的泥盆紀晚期，可能持續(xù)了2000萬年，造成了19%的科、50%的屬和至少70%的物種滅絕。海洋無脊椎動物再遭重創(chuàng)，三葉蟲、腕足類、頭足類和造礁生物中很大一部分種類滅絕。無頜魚類消亡，盾皮魚滅絕，“魚類時代”終結(jié)。
這個時期陸地面積開始不斷擴大，陸地生物開始大量出現(xiàn)，陸地上的植物和節(jié)肢動物活躍進化。由于海洋環(huán)境的極度不適宜生存，四足動物乘勢登陸，原始兩棲動物出現(xiàn)，脊椎動物也開始搶占陸地，迎來了飛速發(fā)展的時期，爬行動物也開始出現(xiàn)。
晚泥盆世海洋古生物（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
造成此次滅絕事件的原因，被認為是全球氣候急劇變化導(dǎo)致的，當(dāng)時長期的不穩(wěn)定氣候，冷熱氣候變換迅速，其中，海水缺氧和海平面下降，起到了決定性作用。泥盆紀中期植物非常繁榮，它們的光合作用抽走了大氣中的二氧化碳，導(dǎo)致氣溫驟降和海水缺氧。也有人認為是小行星撞擊誘發(fā)超級火山爆發(fā)造成了當(dāng)時的生物滅絕。
石炭紀陸地生態(tài)環(huán)境（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
晚石炭世（賓夕法尼亞紀）古生物（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
脊椎動物成功地登上了陸地，并且大規(guī)模繁殖。植物空前繁茂。晚石炭世（賓夕法尼亞紀）末期，出現(xiàn)全球性大火，使許多生物滅絕，給爬蟲類動物的發(fā)展讓出了空間，使爬蟲類在二疊紀得以快速進化。
四、第三次生物大滅絕
發(fā)生于二疊紀末期，距今2.58至2.52億年前，造成了57%的生物科、83%的屬和90-96%的物種滅絕，其中海洋動物滅絕了96%，陸地動物滅絕了70%，是有史以來已知規(guī)模最大的一次生物滅絕事件。這次事件導(dǎo)致海洋近3億年的主要生物數(shù)量減少和消失，無脊椎動物三葉蟲、造礁生物、海蕾和紡錘蟲慘遭滅門；其他生物種類銳減，包括海百合、腕足動物；只有少數(shù)生物受影響較小，如雙殼貝類。陸地上，超過四分之三的脊椎動物消失，陸生蕨類、蜥蜴、兩棲動物和獸腳類急劇減少。海洋和陸地的無脊椎動物都遭到了滅頂之災(zāi)。
這場規(guī)模極大的大滅絕，對脊椎動物的影響實際較小，很多種類的海洋魚類幸存。對四足動物的最大影響是導(dǎo)致了陸地生態(tài)系統(tǒng)從合弓動物（哺乳動物的祖先）主導(dǎo)，改變?yōu)轵嵝蝿游铮ㄅ佬袆游?，包括恐龍）主?dǎo)。此后，迎來了爬行動物的大發(fā)展，統(tǒng)治地球長達1.6億年的巨大生物恐龍開始出現(xiàn)。
二疊紀末期（250Ma）生物大滅絕（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
科學(xué)家認為地球曾經(jīng)發(fā)生海平面下降和大陸漂移，泛大陸形成使很多生物失去了生存空間，濱海區(qū)域縮小，另外，大氣層中的氧氣也急劇減少，板塊運動造成了氣候突變、導(dǎo)致沙漠范圍擴大和大規(guī)模火山爆發(fā)等現(xiàn)象,如西伯利亞超級火山爆發(fā)，造成溫室效應(yīng)、酸雨頻發(fā)和海洋缺氧。也有觀點認為這次生物大滅絕可能和超新星爆發(fā)產(chǎn)生的伽馬射線暴照射地球有關(guān)，這一時期大氣層中的臭氧和氧氣減少可能就是宇宙射線的照射造成的。
三疊紀爬行動物（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
五、第四次生物大滅絕
發(fā)生于2.01億年前的三疊紀末期，造成了23%的科、48%的屬和70-75%的物種滅絕，主要為海洋生物。這一次的滅絕規(guī)模相對較小，是恐龍時代的黎明，開始了它漫長的統(tǒng)治大地的旅程。恐龍最早出現(xiàn)于三疊紀，由爬行動物的槽齒類（reptilian thecodonts）演化而來。早期恐龍大多數(shù)體型較小，并用巨大的后肢行走。早期的主龍類、多數(shù)合弓動物和大型兩棲動物紛紛滅絕，使恐龍在幾乎沒有陸地競爭的情況下接管了陸地世界。魚類和海洋爬行動物都有一部分滅絕，又有一部分出現(xiàn)。魚類的古代種群開始向現(xiàn)生種群轉(zhuǎn)變，現(xiàn)代意義的鯊魚在這次大滅絕后出現(xiàn)。魚龍和幻龍在該事件中滅絕，蛇頸龍類開始繁盛。鱷魚接替植龍成為淡水生態(tài)系統(tǒng)霸主，直至今日。原始哺乳動物幸運地活了下來，它們將被恐龍壓迫1.4億年。
三疊紀末期，中大西洋超級火山爆發(fā)，噴出的巖漿覆蓋了700萬平方千米的土地，相當(dāng)于現(xiàn)在整個歐洲。這次超級火山事件引發(fā)的氣候災(zāi)變就是生物大滅絕的罪魁禍首。
四川自貢地區(qū)自貢廣泛出露中生界陸相紅色沉積地層，尤其是侏羅系陸相地層分布廣泛。這套地層沉積連續(xù)、層序清楚，蘊藏大量的恐龍及其它脊椎動物化石，發(fā)現(xiàn)有多個規(guī)模宏大的恐龍化石埋藏群，包括著名的大山鋪恐龍化石群、伍家壩恐龍化石群和榮縣青龍山恐龍化石群。這些化石群的發(fā)現(xiàn)，使自貢成為世界上研究侏羅紀恐龍的理想地區(qū)。
恐龍自三疊紀開始出現(xiàn)以來，早、中侏羅世是其早期發(fā)展階段，但因當(dāng)時地球上出現(xiàn)世界性的海浸，陸相沉積匱乏，所知化石較少。自貢地區(qū)有關(guān)這兩個時代恐龍動物群的發(fā)現(xiàn)，并與晚侏羅世的連續(xù)一體，填補了恐龍早期進化的空白，為完善恐龍的進化史提供了寶貴的資料。
白堊紀陸地上的恐龍（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
六、第五次生物大滅絕
發(fā)生于6600萬年前的白堊紀末期，造成了17%的科、50%的屬和75%的物種滅絕。這次大滅絕導(dǎo)致恐龍整體滅絕和哺乳動物崛起。在海洋里，除海龜以外的所有海洋爬行動物、菊石都消失了；在陸地上，非鳥恐龍全部滅絕了。地球歷史由此進入哺乳動物時代。鳥類是唯一還活著的恐龍，但它們未能像祖先一樣成為地球的霸主。從滅絕的科的角度來看，這是五次大滅絕中滅絕程度最輕的一次。
科學(xué)家們認為這次生物大滅絕可能和小行星撞擊地球、超級火山爆發(fā)有關(guān)。白堊紀末期，一顆直徑幾十公里的小行星撞擊到今墨西哥尤卡坦半島處，導(dǎo)致?？颂K魯伯隕石坑形成，撞擊坑半徑有150公里。這次撞擊產(chǎn)生的塵埃遮天蔽日，全球氣溫急劇下降，地球連續(xù)幾年，有的地方甚至十幾年都見不到陽光，全球生態(tài)系統(tǒng)崩潰，足以導(dǎo)致植物枯萎，海洋藻類和陸地森林逐漸死亡，食物鏈的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)破壞，許多動物死于饑餓，包括恐龍。整個食物鏈崩潰，大型動物紛紛餓死，也為哺乳動物出現(xiàn)打開了大門。
墨西哥尤卡坦半島處希克蘇魯伯隕石坑重力異常圖
顯示隕石撞擊坑的構(gòu)造形態(tài)
白堊紀末期，在印度德干高原西北部曾有大規(guī)模玄武巖溢出和火山活動，熔巖的覆蓋面積達40萬平方公里，構(gòu)成世界上最大的火山熔巖臺地之一。這次超級火山噴發(fā)活動的確切地質(zhì)時間，也正是生物大滅絕事件發(fā)生的6600萬年前，大致同時于墨西哥尤卡坦半島上的小行星撞擊事件。在長達百萬年的噴發(fā)過程中，德干超級火山噴發(fā)活動，形成了橫跨印度數(shù)百公里-上千公里長的熔巖流，多層溢流玄武巖疊置，某些區(qū)域火山巖地層的厚度超過2000米。
印度德干高原西北部大規(guī)模玄武巖臺地的野外照片（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
（注意照片中作為參照物的公交車）
白堊紀末期印度德干超級火山爆發(fā)（6600萬年前）
多種同位素測年方法證明，德干高原的這些火山噴發(fā)（6600萬年前），發(fā)生于地球另一端墨西哥尤卡坦半島上小行星撞擊地球之后的5萬年（或許是3萬年）內(nèi)（PaulRenne et al.， 2019）。德干火山巖系中大約75%的熔巖，是在地球被撞擊之后，噴涌到地表的。暗示印度德干高原玄武巖的噴發(fā)與墨西哥尤卡坦半島希克蘇魯伯隕石坑之間的可能的地質(zhì)成因聯(lián)系。
白堊紀末期生物大滅絕示意圖（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
大部分熔巖都是在撞擊事件之后才噴發(fā)出來，將對白堊紀末期生物大滅絕過程產(chǎn)生巨大影響。氣體可能是在很長一段時期內(nèi)，從地下巖漿房緩慢溢出?；鹕絿姲l(fā)產(chǎn)生的灰塵，遮擋太陽，導(dǎo)致全球氣候突然變冷。隕石墜落對恐龍造成巨大打擊之后，巨型火山活動噴出的有毒物質(zhì)則起了雪上加霜的作用。
白堊紀末期，墜落在墨西哥尤卡坦半島的小行星，導(dǎo)致留尼汪島熱點的猛烈噴發(fā)。留尼汪島熱點，正好是墨西哥灣隕石墜落點在地球另一端的對拓點，某種動力機制（“碰撞聚集效應(yīng)”）(Liu Chenming et al.，2018)，導(dǎo)致在對拓點（留尼汪熱點）的強烈?guī)r漿上涌活動，當(dāng)印度板塊經(jīng)過留尼汪熱點時，在地表造成了印度德干超級火山活動。
這種地質(zhì)構(gòu)造活動模式，最早在水星上被發(fā)現(xiàn)。在地球上這類小行星撞擊作用的發(fā)生，造成對拓點地表構(gòu)造（斷層和裂隙系統(tǒng)）的形成，觸發(fā)地下巖漿的噴發(fā)。這種模式被用于推測白堊紀末期印度德干大巖漿巖區(qū)的成因。
隕石撞擊水星造成其撞擊坑對拓點構(gòu)造變形的示意圖（圖片據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
第五次生物大滅絕之后，恐龍這種龐然大物的統(tǒng)治時代結(jié)束了，同時也為哺乳動物和人類的出現(xiàn)打開了大門，從此哺乳動物迎來了大發(fā)展，人類的原始生命也出現(xiàn)了。
七、生物大滅絕的原因：地球環(huán)境變化還是天文地質(zhì)活動？
生物滅絕期對應(yīng)重要的地層界線，發(fā)生于短期內(nèi)快速地質(zhì)變化過程。對于化石集群滅絕原因的地質(zhì)原因，存在不同的認識，不同生物滅絕事件誘因也可能存在差異。古生代末期海平面減小及地幔柱活動、西西伯利亞二疊紀末期大巖漿巖區(qū)活動事件（LIP）、中生代末期小行星撞擊都可能是生物大滅絕事件的地質(zhì)誘因。
1.地質(zhì)古環(huán)境變化
地質(zhì)歷史時期超大陸旋回對全球海平面和氣候的變化具有重要影響（Nance et al.，2014）。全球海平面的變化與地球表層大洋和大陸的分布密切相關(guān)，大洋和大陸相對面積的變化會使海平面上升或下降；另一方面，大陸巖石圈板塊位置的變動也會造成海平面變化。
顯生宙期間，全球海平面經(jīng)歷持續(xù)變動，呈明顯的波動形式，海平面在每一個紀都至少出現(xiàn)一次波峰波谷，尤其第三紀以來，海平面出現(xiàn)的波峰波谷次數(shù)最多，而在寒武紀，變化相對較緩。
寒武紀以來，伴隨著羅迪尼亞超大陸和泛大陸的形成與裂解，全球大致出現(xiàn)三次冰期。第一次是晚奧陶世-志留紀冰期（460-420Ma），第二次是石炭紀-早二疊世冰期（360-260Ma），第三次是上新世-第四紀冰期（2.58Ma-）。古生代末的冰期與泛大陸聚合密切相關(guān)，洋殼消減與不同陸塊之間拼合造成二疊紀末期氣候劇變。
全球?qū)尤ψ兓€系列圖（據(jù)Nance et al.，2014）
與海平面降低相對應(yīng)，古地理圖格局劇變,顯生宙以來大規(guī)模的生物滅絕事件主要有5次，（K–Pg、Tr–J、P–Tr、D3、O–S界線）、其中，僅奧陶紀-志留紀之交生物絕滅與二疊紀-三疊紀之交生物絕滅時間與冰期耦合，且生物絕滅的出現(xiàn)滯后于冰期的出現(xiàn)；其余生物絕滅事件受其它因素控制，如白堊紀-古近紀之交有孔蟲的大比例死亡受深海含氧量降低，鹽度升高的影響。
岡瓦納大陸漂移與兩期大冰蓋與冰期事件：岡瓦納大陸早古生代向南極漂移，造成氣候變化、海平面變化以及兩次海洋生物滅絕。古生代末期泛大陸聚合－裂解（P）、地幔柱活動造成海陸格局變化，大氣圈變化（T干旱）造成生物滅絕事件。白堊紀-古近紀之交的生物滅絕大事件與地幔柱或小行星撞擊有關(guān)。
全球生物演化與超大陸旋回密切相關(guān)。寒武紀以來，伴隨著羅迪尼亞超大陸的逐漸解體，生物開始繁盛。奧陶紀末期和泥盆紀末期發(fā)生一定影響程度的生物滅絕事件，但生物量總體保持相對穩(wěn)定。古生代末期，泛大陸逐漸聚合而成，導(dǎo)致全球生物超過半數(shù)滅絕。中生代以來，隨著泛大陸解體，全球生物逐漸再次繁盛，在這期間也有小規(guī)模生物滅絕，例如白堊紀恐龍滅絕。
伴隨著超大陸顯生宙的聚合與裂解過程，全球動物群大致經(jīng)歷奧陶紀末、晚泥盆世、二疊紀末、三疊紀末和白堊紀末四次滅絕事件，其中，以二疊紀末期泛大陸最終聚合期滅絕程度最大。與植物相比，動物種群的生命演化受超大陸旋回的影響更為明顯。
海平面降低對應(yīng)生物集群滅絕，高海平面和溫室期有利于鹽巖沉積
2.天文地質(zhì)活動
太陽率領(lǐng)著整個太陽系，以每秒鐘220-250公里的速度，圍繞著銀河系的中心（MilkyWay Galactic Center）公轉(zhuǎn)，而公轉(zhuǎn)的周期，大概為225百萬年。太陽拖動著（pulls）太陽系以不可思議的速度為每秒250公里（483,000 mph）圍繞銀河系中心公轉(zhuǎn)運動。即使是如此迅捷地運動，太陽系仍需要用225百萬年才能旋轉(zhuǎn)銀河系一周，即旋轉(zhuǎn)周期約2.25億年（地球年）。自從太陽系誕生以來，太陽系已經(jīng)圍繞銀河系轉(zhuǎn)動了20圈。
銀河系基本概念側(cè)視圖（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
太陽的動量將使太陽系到達銀道面上方之后，受銀河系重力作用影響而向銀道面反向運動。為此，太陽系將再次穿過銀道面，抵達銀道面反向上，并再次被重力拖回銀道面。太陽系銀河系內(nèi)的公轉(zhuǎn)運動，其運行軌跡上相對銀道面做垂直方向上的波浪狀往復(fù)運動，周期性地穿越銀道面（運動周期約66-80百萬年？）?？茖W(xué)家估計大約需要66百萬年，太陽才能回到現(xiàn)今位置上。太陽帶著地球穿行于銀道面的上、下方，運動軌跡呈現(xiàn)為波浪形。
太陽系和地球在銀河系內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運動軌跡側(cè)視圖（據(jù)互聯(lián)網(wǎng)資料）
有學(xué)者推測太陽在銀河系中的運動軌跡，是造成地球上化石記錄中周期性生物集群滅絕的一個因素，當(dāng)太陽系繞銀心公轉(zhuǎn)帶來的垂向震蕩，使其規(guī)律性地穿越銀道面。當(dāng)太陽軌道把地球帶出銀道面，銀河潮汐的影響就弱一些，當(dāng)它每隔2千萬到2千5百萬年進入銀河盤時，地球就會受到強烈的“盤潮汐”影響，根據(jù)數(shù)學(xué)模型，奧爾特彗星的流量會增大4倍，導(dǎo)致毀滅性撞擊的可能性大大增加。
但是，太陽目前靠近銀道面，而最后一次大滅絕發(fā)生在1千5百萬年前。因此太陽運動軌跡的豎向位置，并不能獨自說明這樣的周期性滅絕。有學(xué)者主張地球上生命大滅絕，發(fā)生在太陽經(jīng)過銀河系螺旋臂的時候。螺旋臂不但是為數(shù)眾多的，其引力可干擾奧爾特云的分子云的所在，也是明亮的藍巨星的高度密集區(qū)所在，藍巨星存在時間短暫，劇烈爆發(fā)成超新星。
本文據(jù)（李江海，2020，《世界地質(zhì)學(xué)》<講義>）修改補充
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