水和空氣都能「臭死」大部分生物？

2022年01月05日

　　我們只要聞過臭雞蛋的氣味，恐怕就難以忘懷。而在約2.5億年前的地球上，可能遍地彌漫著類似的臭味。更可怕的是，臭味來源於一種有毒的物質——硫化氫。

　　你有沒有聞過臭雞蛋的氣味？當你一無所知地拿起一枚雞蛋——它的外表看似完好，但其實已經變質了——輕輕一磕，雞蛋突然炸開，在油與蛋清碰撞出的「滋滋」聲中，一股惡臭撲面而來，簡單來說只有兩個字「酸爽」。

　　當雞蛋變質，蛋白質被細菌分解，會產生硫化物、氨氣、胺等物質，它們都具有強烈的刺激性氣味，共同組成了我們聞到的惡臭。雖然臭雞蛋本身的氣味層次如此豐富，但如果說到「臭雞蛋味」這個詞，我們最先想起的物質大概只有一種：硫化氫。

　　如果去網上搜索「硫化氫」，你除了會讀到「低濃度時有臭雞蛋味」這樣的描述，還會發現「劇毒」、「易燃」等警告。即使沒聞過，你大概也能想象出這種氣體的可怕。

　　如果我們在做飯時，真的不幸打到一顆臭雞蛋，至少還能趕快擦洗幹淨、給廚房通風，忍一忍也就過去了。但在大約2.5億年前的地球上，很可能大片海洋都是「臭雞蛋味」的，生物躲都沒處躲。

　　對生活在這個時期的所有生物來說，最大的問題卻不是氣味難以忍受，而是這種味道帶來的致命威脅——生物大滅絕事件。

　　最嚴重的生物滅絕

　　在地球曆史上五次大規模的生物滅絕事件中，最嚴重的並不是導致大部分恐龍滅絕的那次，而是發生在約2.52億年前的二疊紀末生物大滅絕。這次滅絕事件對整個地球生態系統造成了毀滅性的打擊，直接抹消了80%的海洋物種，陸地上的生物也難逃一劫。

　　就和其他大滅絕事件一樣，長期以來，對於二疊紀末大滅絕的原因也一直存在巨大爭議。很多研究將這次滅絕事件歸咎於西伯利亞火山噴發。當然，再巨大的火山也無法讓岩漿覆蓋整個地球。真正帶來危險的，很可能是火山噴發導致的氣候變化。但在火山噴發後具體發生了什麼？怎樣的氣候變化導致了如此嚴重的滅絕？

「臭雞蛋味」的硫化氫，毒死了大量的生物。

　　「死亡海域」

　　在海洋的深處，水中溶解的氧氣本就有限，如果在特殊時期，再有超量的有機物（往往來自進行光合作用的生物的屍體）從表層沉降下來，這些「屍體」的分解過程很容易就能將僅存的氧氣消耗殆盡。在這樣的缺氧環境裏，一類特殊的細菌可能會「挺身而出」，它們能「呼吸」硫酸鹽，並將其中的硫還原為硫化氫。

　　這樣的環境被稱為「靜海」（euxinic），名字聽起來很美麗，但靜海環境對多數生物來說往往是致命的——生存所需的氧氣匱乏，劇毒的硫化氫卻存在。萬幸的是，這樣的「死亡海域」穩定存在的條件非常苛刻，目前全球僅有不到0.5%的海底處於靜海環境，而且往往位於深的海域。

　　但如果這樣的水體覆蓋了更大的範圍，不僅能直接威脅到海洋中的生物，還會向大氣中釋放出有毒的硫化氫氣體，從而影響到陸地上的生態環境。

　　事實上，已經有大量證據顯示，在二疊紀末期大滅絕事件發生期間，大片的海洋都處於靜海環境。2008年，發表於《科學》的一項研究就從一類特殊的綠硫細菌（Chlorobiaceae）入手，找到了證據。

　　綠硫細菌是一類厭氧的光合細菌，能夠利用硫化氫等硫化物進行光合作用。綠硫細菌的無氧光合作用需要滿足兩個基本條件：一、處於海洋的表層，有足夠的陽光射入；二、有充足的硫化物。在表層海水裏，大部分情況下，硫化物就來自於深層海水釋放出的硫化氫氣體。也就是說，綠硫細菌出現，就意味著這裏曾經處於「死亡海域」中。

　　研究者分析了澳大利亞珀斯盆地內對應地層的岩芯，果然發現了綠硫細菌特有的色素物質。除此之外，地層中鐵元素的存在形式和硫同位素數據也證明，二疊紀末期許多海洋處於靜海環境。微生物釋放的硫化氫不僅讓海洋變成了真正的「死亡之海」，還讓陸地環境中充滿了難聞的氣味。

　　火山帶來的「惡臭循環」

　　那麼是什麼導致了「靜海」的擴張呢？在發表於《自然·地球科學》的新研究中，科學家利用地球系統模型給出了他們的推測。

　　按照這個模型，火山導致的氣候變化會帶來兩方面的影響：一方面大量降雨和雨水中溶解的酸性氣體，使更多岩石風化流入海洋，為海洋中的生產者提供了營養物質；另一方面，全球變暖會增強表層海洋中生產者的的新陳代謝。這兩項影響又會導致同一個結果——更多的有機物顆粒沉入深層海水，消耗更多氧氣。

Hülse表示，「我們的研究表明，整個海洋並不全都是缺氧的。這種情況往往開始於較深層的海水中。隨著火山排放出大量的溫室氣體，溫度升高，缺氧區域變得更大、毒性更強，並侵入到更淺的海域——那裏生活著大多數海洋動物。」反過來，靜海水域的擴張也會導致更多海洋生物死亡，它們的腐敗會消耗更多氧氣，從而維持了這種「惡臭循環」。