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丹尼尔·罗思曼在麻省理工学院地球、大气与行星科学系的顶层工作——这座巨大的混凝土建筑俯瞰着剑桥市的查尔斯河。作为受过专业训练的数学家，罗思曼研究复杂系统，并在地球行为中找到了一个引人入胜的课题。他尤其专注于研究远古时期地球的碳循环，特别是那些罕见的临界时刻：当碳循环被推过临界点陷入失控状态后，需要数十万年才能恢复。 由于地球所有生命都以碳为基础，碳循环的重大紊乱更广为人知的名称是"大灭绝事件"。近几十年来地质学家有了令人不安的发现：地球上的多次大灭绝——包括史上最严重的那次——并非如曾经认为的那样由小行星撞击引起，而是由大规模火山喷发导致，这些喷发将灾难性的二氧化碳释放到大气和海洋中。 若过量的二氧化碳在短期内急速释放，就可能压垮碳循环并触发行星级的反馈循环。地球的自然进程随后会放大这个问题，释放更多碳元素，使气候陷入持续十万年的毁灭性螺旋，直至恢复稳定。二氧化碳初始浓度高低并不重要——关键变化在于释放速率。急剧增加可能引发灾难。 碳循环通常能处理火山数百万年间缓慢稳定的二氧化碳释放，使碳在空气、海洋和生物间流动，最终回归地壳。但若巨量碳在极短时间内释放——快于地球吸收速度——就可能引发比初始事件更具破坏性的连锁反应。或许存在一个临界阈值，区分生命能够适应的普通变暖事件与失控的灭绝事件。 尽管地球上次越过这种阈值已是六千多万年前的事，但罗思曼的研究表明，我们正将星球推向同样的危险道路。一旦越过那条界限，大灭绝可能将不可避免，即使完全显现需要数千年时间。 纵观地球历史，只有少数方式能将巨量碳从地壳释放到大气中：约每五千万年发生一次的罕见大规模火山事件，以及——就我们所知——仅出现过一次的工业资本主义。 大灭绝并非简单的严重事件。它们不是像COVID-19那样扰乱文明的疫情（这种疫情仅导致单个灵长类物种不到1%的死亡），不是全球四分之一植被消失的现象，不是两万年前使北美大部分地区冰封的冰川作用，甚至也不是超级火山喷发（虽能摧毁现代社会，但对全球生物多样性无持久影响）。这些都只是生命在地球上面临的常规挑战。生命曾承受过这些考验——如果它易受这种火山星球日常扰动的伤害。但尽管地球是一个坚固的世界，能抵御各种难以想象的常规压力，每五千万到一亿年间就会出现真正灾难性的事件。这些就是重大灭绝事件，届时地球表面的环境将变得全球性恶劣，压倒几乎所有复杂生命的适应能力。 在动物生命史上，这种毁灭程度曾五次达到——其中一次远超——消灭地球75%物种的任意阈值，从而获得"重大灭绝事件"的称号。古生物学家称这些为"五大灭绝事件"，不过化石记录还显示存在数十次较轻微的大灭绝。最近一次大灭绝发生在6600万年前，这场全球性灾难足以终结巨型恐龙的统治。 它留下了一个直径110英里的陨石坑，1978年由为国家石油公司Pemex工作的地球物理学家在墨西哥尤卡坦半岛地下发现。陨石坑的尺寸和形状表明，一颗六英里宽的小行星瞬间在地面凿出20英里深的坑洞。三分钟后，爆炸性的熔融花岗岩形成一座极度短暂的十英里高山脉冲天而起。在这场混乱中，76%的动物物种灭绝。 相较之下，人类迄今对生物界造成的破坏相对较小，可能不足10%的物种消失。至少目前如此。根据古生物学家安东尼·巴诺斯基2011年在《自然》发表的重要研究，若按当前灭绝速度持续，我们可能从已达警戒水平的"轻度大灭绝"状态，在短至三百年或长至11330年内升级为第六次重大灭绝事件。对未来的地质学家而言，这与小行星撞击毫无二致。更令人不安的是，过程中可能存在临界点，使世界现存物种几乎瞬间消失，就像电网崩溃时节点接连失效。 考虑到人类对生物圈的影响已如此毁灭性，更令人不寒而栗的是——我们造成的大灭绝最糟糕阶段可能尚未到来。 地球历史上有一个时期在二氧化碳超载方面显得尤为具启示性——也尤为混乱、动荡和致命。三亿年前，地球多次失去对碳循环的控制，遭受了持续9000万年的大灭绝，其中包括两场史上最严重的全球灾难，均由二氧化碳驱动。其中一次，地球濒临死亡。古生物学家保罗·威格纳尔将其描述为陷入"空前恶意的气候"。在二叠纪末期（2.52亿年前），西伯利亚喷发的熔岩足以将美国本土48州埋葬在一公里厚的岩石之下。 一公里之深。 这些古代熔岩流的遗迹被称为"西伯利亚地盾"。如今，它们在俄罗斯遥远的北方荒野中形成黑色岩石构成的壮丽河峡和高原。创造它们的喷发曾用200万平方英里的蒸汽玄武岩覆盖西伯利亚，属于被称为"大火成岩省"（LIPs）的罕见巨型火山现象。 LIPs是地球史上最危险的现象，其灾难记录远超小行星。这些时代性、毁灭星球的火山与坦博拉、雷尼尔或喀拉喀托等典型喷发完全不同——甚至与黄石火山也不同。想象一下，如果夏威夷不是用数千万年时间分散形成于太平洋，而是在短暂剧烈的爆发中瞬间成形。这些被称为大火成岩省（LIPs）的巨大火山事件在不足百万年内集中于同一区域——有时甚至从大陆中心迸发——是地球给我们的戏剧性提醒：我们薄薄的岩石地壳和覆盖其上的脆弱生命层，下方是翻腾漠然的行星引擎。在这里，巨大的岩石流将整个海洋板块拖拽至地核摧毁重塑。当这个过程被打乱时，LIPs就像构造性消化不良般喷发，用火山岩淹没广大区域。若这些喷发规模足够大速度足够快，就能摧毁世界。 在二叠纪末期，史上最严重的大灭绝期间，这些喷发会产生恐怖爆炸，可能引发短暂的火山冬季和酸雨。存在广泛的水银中毒，以及有毒的氟和氯气体——类似一战战壕中窒息士兵的毒气。最关键且对生命最具灾难性的是，喷发释放了改变星球的巨量二氧化碳。 有趣的是，随着西伯利亚熔岩测年更加精确，我们现在知道大灭绝直到喷发开始30万年后才爆发——此时三分之二熔岩已用数英里厚的岩石覆盖了盘古大陆北部。这令人费解。火山持续喷发其常规致命混合物数十万年，远超现代工业污染。本应有无数剧烈爆炸和腐蚀性酸雨风暴。然而生命持续存在；生物圈具有韧性。那么，在经历如此持久的毁灭后，为什么生命突然全球崩溃，甚至在地球另一端的最深海洋中也难逃厄运？ 是什么导致了大灭绝？"你可以排除熔岩，"美国地质调查局地质学家塞斯·伯吉斯说。但这些西伯利亚火山在30万年后必然发生了某种剧变，引发全球崩溃。那么是什么？ 地球开始燃烧自己的化石燃料。 结果是碳的大量涌入压垮了地球的调节系统，使气候失去平衡。 火山自然释放大量二氧化碳——喷口气体的40%可能是二氧化碳。但经过几个世纪的地表活动后，地下开始酝酿更危险的事物。无法到达地表的1000英尺厚巨大岩浆片，像发光根须般在深层岩石中横向蔓延，加热路径上的一切。此时条件变得灾难性。 这些地下岩浆侵入体烧穿了通古斯盆地八英里厚的古代俄罗斯岩层。这个地质夹层包括古老盐滩和砂岩的残余，但更关键的是富含碳的石灰岩、来自古代海洋的天然气沉积物以及过去时代的煤炭。接触时，岩浆点燃了这些化石燃料和富碳岩石，引发大规模气体爆炸，使上覆岩石破裂。在地表，半英里宽的坑洞喷发，将数十亿吨二氧化碳和甲烷释放到大气中。 经过数十万年的典型地表喷发后，火山开始向地下燃烧。西伯利亚地盾大规模喷发，如同巨型燃煤电厂、天然气设施和水泥工厂。正如一位科学家描述二叠纪末灭绝："煤炭燃烧将代表地球行星燃料电池不受控制和灾难性的能量释放。"这些喷发过快地释放了巨量二氧化碳，地球无法吸收。 以下是二叠纪末期可能的事件序列。首先，过量的二氧化碳在地球表面附近捕获更多太阳能——这是科学家150多年来理解的基本物理过程。结果，地球在数千年内升温约10°C，将动植物推向极限。更热的空气也含有更多水分——每升温一度约增加7%——因此随着温度上升，水循环加剧，导致更频繁严重的风暴。 海洋也变暖，减少了氧气含量。本已在高温中挣扎的海洋动物需要更多氧气而非更少。随着海洋变得更热更滞涩，海洋生物开始死亡。更糟糕的是，大气中的二氧化碳以碳酸形式溶解到海洋中，增加酸度并耗尽许多生物用来建造外壳的碳酸盐。海洋生物变得虚弱、生病或完全无法形成外壳。 随着海洋生物崩溃，海洋食物网开始瓦解。在陆地上，野火摧毁生态系统并释放更多二氧化碳，而猛烈风暴席卷大陆。陆地碎片冲入海洋，携带磷等营养物质，引发大规模藻华。这些藻华死亡分解时消耗更多氧气，使海洋窒息。 随着二氧化碳持续从西伯利亚地盾涌出，地球变得更热，将条件推至复杂生命无法承受的程度。在这些无生命、缺氧的海洋中，不需要氧气存活的古代厌氧细菌开始繁盛。其中一些细菌利用硫酸盐获取能量，释放有毒的硫化氢作为副产品。这种气体对需氧生命是致命的，如今在粪坑或德克萨斯二叠纪盆地等油田周围可见。毒物蔓延至深海和浅水区。 世界变得极热、饱受风暴摧残，且大部分植被消失。海洋酸性、缺氧并散发这些古代微生物产生的毒气，杀死路径上几乎所有生物。 远离喷发地，在南非等曾经森林覆盖的极地地区，曾经蜿蜒流过根植地貌的河流如今在贫瘠土地上急速流淌。河流在冲刷过的地貌上刻出辫状蔓延的河道。难以忍受的炎热旱季烧毁森林，接着又是洗刷一切的世界末日级超级风暴。那些在消失森林中繁盛数百万年的动物也消失了。化石记录中，真菌孢子全球出现，标志着生物圈的崩溃。就连通常因数量庞大免于大灭绝的昆虫也难以生存。 当极端高温摧毁极地生命时，地球中部变得真正异化。随着二氧化碳推动全球温度上升，热带海洋变得如同"滚烫的热汤"——或许热到足以形成500英里时速的"超级飓风"，摧毁海岸线。内陆温度飙升更高。在最糟糕时期，地球大部分表面更像无生命的系外行星荒芜地貌，而非我们熟悉的地球。事实上，海洋变得如此空旷，以至于全球礁石在恢复期不是由珊瑚或其他已灭绝海洋动物重建，而是由钙化的细菌黏液堆砌而成。...