万物皆变，无物消逝。身处时刻变化的环境中，我们如何理解无处不在的时间？又如何理解人类出现之前的悠久过往与没有人类参与的未来？就像显微镜和望远镜扩展了人类的视野，地质学也是一种镜头，让我们能够以一种超越人类经验限制的方式见证时间。
《垂向时间：地质学家的计时簿》在讲述地球演化史与人类对地球认知的发展史的同时，带我们用地质学的思考方式来认识地球、海洋和大气的时间韵律，理解我们身处的人类世环境，面向可持续的未来。
经“后浪”授权，我们节选了本书第四章《大气层的变化》分享给读者。
10 亿年的倦怠
经历了大氧化事件剧变之后，地球的大气层似乎已经进入了一个地球化学性质稳定的漫长时期。虽然含铁建造沉积的主要时期大约在 18 亿年前结束，但在此后的 10 亿年间，氧浓度似乎一直保持不变，远远低于当前值。这种持续的平衡状态（类似于某个国家的经济数十年来未经历通货膨胀、衰退或市场动荡），指示了顽强的单细胞光合作用生物提供的产氧量，与贪婪的金属、含硫的火山气体和腐烂有机物的耗氧量之间不寻常的微调平衡。这种稳定的状态可能是由“紧缩制度”强制实行的；尤其是磷的供应受到了严格的限制，而磷是所有生命必需的营养物质。
虽然浅海水体已富含氧气，但有证据表明，深部水体仍处于早元古代的过渡状态。在这种“分层”环境下，生物会从铁矿物的表面偷走珍贵的磷，使磷不断地远离深部水体，好比小偷把从贫穷国家偷来的货币装在外套衬里中私运出境。这反过来又造成了浅海水体中的磷长期短缺。如此一来，生物生产力得到了控制，限制了有机碳的埋藏，进而阻止了大气层中氧含量的上升。
在资源匮乏的 10 亿年间，生物不得不追求低磷的生活方式与新的循环利用策略。不过，在其他方面，演化似乎在韬光养晦。生物圈虽然十分多样化，但仍然全都是单细胞生物；浮游生物，包括名为疑源类（acritarchs）生物的巨型真核生物（直径可达 0.8 厘米），在海洋中大量繁殖，而叠层石则悄悄地覆盖了世界各地的海岸线。元古宙中的这段平静时期被地质学家俗称为“无聊的 10 亿年”（Boring Billion）。然而，这个受霍默·辛普森（Homer Simpson）启发的名字失之偏颇，而且具有误导性；就像历史书只关注战争，却跳过“什么都没有发生”的漫长和平时期。
首先，生活在全新世的人类或许可以将这种维持长期平衡状态的能力当作模板，以此来修正我们自己的生物地球化学习性，因为如今迫在眉睫的环境危机，是人类无节制地消耗稀缺资源的结果，也反映了大气气体的生产与排出之间的极度失衡。元古宙的地球在某种程度上“理解”了可持续发展的基本原则；彼时的地球化学“贸易”蓬勃发展，但所有的“商品”都在封闭的循环中流动——某一组微生物“制造商”的废料是另一组微生物“制造商”的原材料。
其次，在“无聊的 10 亿年”期间，随着全新的板块构造系统将太古宙的地壳碎片汇聚到了一起，然后以火山弧的形式建造了附加物，坚固耐用的现代陆核被组装了起来。在威斯康星州，我脚下的基岩（被横跨美国中西部和大平原的较年轻的沉积物所掩埋）几乎完全来自元古宙；它们是在“无聊的 10 亿年”时期由造山运动形成的，当时大片的陆壳被并入了古老的加拿大地盾。那个时期或许很无聊，但其在发展地球基础结构上卓有成效——这是现代地球居民可以效仿并从中受益的另一个模板。
也许是因为我对元古宙岩石及它们的历史太熟悉了，所以对我来说，“无聊的 10 亿年”似乎并没有那么久远；例如，苏必利尔湖地区宏伟的佩诺基山脉（Penokee Ranges）和巴拉布山脉（Baraboo Ranges），威斯康星州中部猛烈的热点火山，以及几乎将北美洲撕裂的巨大中陆裂谷（Midcontinent Rift）。因此，当我知道在大约 15 亿年（等量的时间）后地球不再适宜居住时，我不由得感到难过。太阳仍然在（以每 1 亿年约 0.9% 的微弱速率）变亮，它的亮度终将变得相当高，以至于海洋会开始蒸发，引发“水分温室逃逸”（moist greenhouse runaway）现象。太阳辐射会把水分子分解成氢和氧，它们将流失到宇宙空间之中。换句话说，如果生命是在 38 亿年前早期轰击时代结束后才开始存在的，那么我们现在已经走过了地球宜居期的四分之三。不过，我们还是应该心存感激，正是因为地球归属于一颗寿命为 100 亿年的黄矮星，它才能拥有如此丰富的时间。体积仅比太阳大 50% 的恒星，只有 30 亿年的寿命；这在地球上相当于从地球诞生到“无聊的 10 亿年”中段的时间跨度。在那时，地球有太多生计要做。
最漫长的冬天
地球上的万物原本可能会遵循着单调的元古宙模式无限地延续下去，但在大约 8 亿年前，新的构造系统引导大部分的陆壳合并成了一个环绕赤道分布的巨型陆块。地质学家将这个古
老的超大陆（super continent）称为“罗迪尼亚”（Rodinia），该名称源于俄语 ródina（意为“祖国”）。与所有大陆相同，罗迪尼亚也只是板块的暂时配置；大约 7.5 亿年前，它随着裂谷作用分崩离析，在热带地区造就了广阔的新海岸线。暴雨补给的河流会将沉积物与从岩石中释放出来的元素带入海洋，生物便会在这些营养相对丰富的水域中繁衍生息。大陆架上的高沉积速率使得有机碳首次被大量地掩埋，进而降低了大气层中的 CO2 浓度，让地球呈现出降温的趋势。
常年性海冰开始在极地堆积，增大了地表的反照率（albedo，又称反射率），反过来又导致地球进一步冷却——正反馈的经典案例。即便是在海冰持续扩张的过程中，二氧化碳仍然会通过有机碳的埋藏与罗迪尼亚超大陆低纬度地区岩层的强烈化学风化作用（这就是喜马拉雅山脉在新生代期间降低二氧化碳的浓度并使地球降温的机制）从大气中持续排出。一旦冰盖达到临界点，反照率效应就会让地球进入“雪球”状态——终年被冰雪覆盖。
“雪球地球”（Snowball Earth）时期也被称为成冰纪（Cryogenian），是元古宙中为数不多的常见地质年代划分之一。关于成冰纪期间究竟发生了什么，诸多地质学文献进行了讨论。大家都赞同的一点是，气候系统在一段时间内陷入了混乱。岩石记录清楚地表明，几乎在每个大陆上，该时代的岩石都是冰川沉积物：要么是冰川在陆地上直接沉积下来的未分选的由砾石与黏土组成的混合物，要么是夹杂了冰山携带的砾石的层理细密的海洋沉积物。由于地球上的大部分水被锁在冰川冰（glacialice）中，海平面会下降数百米，使大片的大陆暴露在侵蚀作用下，至少在深冰期（deep ice age）开始、地表作用停止之前是这样。科罗拉多大峡谷的大不整合面（Great Unconformity）, 位于元古宇变质岩[如毗湿奴片岩（Vishnu Schist）]与第一个地层单位[寒武系塔皮茨砂岩（Cambrian Tapeats Sandstone）]之间，记录了缺失的雪球地球时代。因此，虽然元古宙末期无疑出现了一次罕见的寒流，但其中的细节（如冰冻程度、生物圈是如何生存下来的，以及地球是如何摆脱低温状态的）引发了学术界的激烈辩论。
生命的春天
显然，地球确实回暖了。也许是火山的气息（在其他地质作用停止时，火山会继续喷发）逐渐将地球从持续了数千年的低温昏迷中唤醒。或者是，长期封存于海底的生物成因甲烷（biogenic methane）突然猛烈地喷出，在几个月或几年的时间里，将这颗冰冷的星球转变成了温室。不过，岩石记录的分辨率和定年技术的精度，还不足以使我们区分以上可能性。
无论如何，雪球地球的结束标志着“大曝气”（Great Aeration）的出现。在大曝气过程中，游离氧的浓度再次大幅度提升，地球的第四代（也就是现今的）大气层形成了。沉积岩中对氧浓度敏感的微量元素，终于开始表现出现代的习性，这表明氧浓度从一个百分点的零头跃升到了接近当前值的水平。但是，关于长期统治地球的元古宙准富氧（quasi-oxygenated）王国是如何被推翻的，地质学家尚未掌握细节。也许是大量的磷从被雪球时代的冰川碾碎的岩屑中流入了海洋，孕育了海洋生物。或者是，在冰封世界与温室世界之间的过渡阶段，浅海水体和深海水体剧烈地混合，最终打破了盛行 15 亿年的地球化学分层现象。
- 埃迪卡拉生态系统的模拟图
一旦氧浓度上升（即便是一点点），演化出了能使用氧气进行新陈代谢的生物，它们就可以更高效地从环境中提取能量，发育出比之前所有的生物都大的体形。在雪球地球时代结束后的 100 万年里，世界各地出现了一种奇怪的新型宏观生态系统。该生态系统由一种叫作埃迪卡拉动物群（Ediacaran fauna）的肿胀生物组成，化石记录分布在澳大利亚南部、俄罗斯的白海（White Sea）地区、英格兰的莱斯特郡（Leicestershire）、加拿大的纽芬兰（Newfoundland）等地。这些怪异的羽绒服状生物形似飞盘和蕨类植物；长得像后者的埃迪卡拉动物高达 1 米，能够借助固着器稳固地待在海底。它们既没有内脏，也没有碳酸钙质外壳，这表明它们生活在一个充满渗透性营养的和平王国之中，未面临被捕食的威胁。其中一些生物可能是我们更为熟悉的海洋生物种类的前身，如腕足动物（brachiopod，或称lamp shells）。相较之下，其他生物似乎是为了孕育更大的生命形态而进行的早期“演化实验”的产物，没有留下现代后代。
然而，埃迪卡拉动物群的“先锋地位”颇为短暂。在大约 4000 万年的时间里，海底成为寒武纪大爆发（Cambrian explosion）疯狂的“解剖学上的修修补补”的场所。其间，海洋生物大量地涌现，第一批食肉动物引发了掠食者与猎物之间的“军备竞赛”。它们如同歪心狼（Wile E. Coyote）和哔哔鸟（Road Runner），彼此间一直试图以智取胜。坚硬的碳酸钙质外壳成为一口大小的生物必备的保护罩；而大型肉食者则发育出专门的游泳结构和猎杀装备。
寒武纪大爆发期间的生物演化速度仍然是一个备具争议的话题，古生物学家和生物学家针锋相对，后者采用基因组（genome）方法来确定“生命树”的不同分支首次出现的时间。化石记录表明，介于 5.4 亿年前与 5.2 亿年前之间的时间段，是一个前所未有且无法复现的生物创新时代。不过，这与各种分子钟（molecular clock）的研究结果不一致；分子钟的理论基础是，假设蛋白质编码基因在演化谱系中以恒定的速率积累替换（substitution）。绝大多数的分子分析结果表明，动物界形成于元古宙晚期（距今 8 亿～7.5 亿年前），最早的成员很可能是海绵，寒武纪的“大爆发”反而可能是一根缓慢燃烧的“导火索”。”然而，这表示人类的“婴儿期”处于荒凉寒冷的雪球地球时代，当时的世界看起来可不像“托儿所”。这种分歧揭示了野外古生物学家与实验室分子生物学家之间有趣的文化差异：前者习惯了化石生命的各种特质，乐意接受演化速度并不稳定的观点；后者观察到细胞结构中的生物机制，比地质学家更像正统的均变论支持者。虽然对于维多利亚时代的地质学家来说，前寒武纪绝非晦涩未知的漫长地质年代，但从它过渡到寒武纪的阶段依旧不明朗。
在大多数的古生物学教科书中，寒武纪大爆发是生命史的开端，也是三叶虫、肺鱼、煤沼、暴龙、翼手龙、大地懒、猛犸象和原始人类等热闹故事的前奏。然而，最重要的方面是，寒武纪世界与现代生物圈并没有太大的不同——几乎所有主要的动物门（phyla）都已存在。在接下来的 5 亿年里，这些“玩家”将组成精密且依赖氧气的生态系统（具有多等级的食物网），扩展到陆地上与天空中，发展出更专业的适应周围环境的能力。此期间，每当生存环境（尤其是大气层）变化过快时，生物界就会遭受巨大的损失。
落幕
19 世纪，地质学领域的主要研究方向为古生物学，甚至早在达尔文的《物种起源》于 1859 年出版之前，化石就被用来划分地质年代。维多利亚时代的地质学家详细地记录了某些谱系的渐次变化。例如盘绕成螺旋形的菊石，它们的壳上分布着华美的纹饰，这些独特的纹饰就像箍裙或马鞍鞋一样，标志着某个特定的时代。不过，地质学家也通过岩石记录发现，化石的变化不仅仅是“戏服”细节上的逐渐变更，还包括用全新的“剧团”大规模地替换一批“角色”的情况。基于这种间断性，威廉·史密斯（前文中提及的运河挖掘工，曾提出标志化石的概念）的侄子约翰·菲利普斯（John Phillips）于 1841 年提出，生命史包含三大篇章：古生代、中生代和新生代（三者分别代表“老中青”时代）。（太古宙期间更深远的生命起源，比古生代早了 30 多亿年，但人们直到一个世纪后才发现这件事。）
- 约翰·菲利普斯
菲利普斯是一名孤儿，由威廉·史密斯抚养长大，小时候就随史密斯参加了多次化石探险活动。他是一位出色且极具洞察力的古生物学家，却公然反对达尔文的自然选择学说，反而认为动物与其生存环境之间的精妙匹配是神旨的证据（显然允许生物界“重新来过”）。菲利普斯在职业生涯的后期与开尔文勋爵联合起来，一同反对达尔文提出的关于“地质年代的持续时间无比恢宏”的论断。尽管如此，他为动物演化这一史诗所划分的篇章还是非常巧妙的。
达尔文被菲利普斯激怒是可以理解的，但不可否认的是，化石记录中确实存在一些令人困惑的突发性缺失现象。然而，达尔文确信演化以一致的速度进行，因此他不认为这些缺失是发生自然灾害的证据。达尔文完全接受了灭绝的概念；事实上，生物的不断淘汰是其理论的核心。但他辩称，在沉积岩层序中出现的突发性灭绝事件，只不过是间歇性沉积作用的产物。达尔文在《物种起源》一书中用了整整一章的篇幅来论述“地质记录的缺陷”；他强调，岩石只记录了实际耗时的一小部分：“在各个连续形成的地层之间，依据大多数地质学家的观点，存在一个极其漫长的空白期。”达尔文还提出，当沉积作用切实发生时，地层的沉积速度可能不够快，无法捕捉到演化过程：“虽然每个地层或许都标志着一段非常长久的时间，但与一个物种转变为另一个物种所需的时间相比，各个地层的沉积时间可能十分短暂。”他敏锐地进一步推测，人们对化石记录的解读失之偏颇，因为人们只能在沉积物曾经堆积的环境中找到化石（否则不存在岩石），但那些环境并不总是生物生活过的地方。达尔文对化石记录中的不连续现象进行的阐释，一直盛行到了 20 世纪中期；彼时，地质年代表已经被校准得足够好，让人不可否认，良好的生态系统有时会突然遭遇灾难。我们现在知道，自寒武纪开始，至少发生过五次集群灭绝（mass extinction），以及许多小规模的物种灭绝事件。在每一次生物灭绝灾难之后，地球上的生命最终都会恢复生机，但也将发生不可逆转的变化；幸存下来的生物，凭借机遇与来之不易的生存能力，出乎意料地成为顽强的新生物圈的创建者。
现代启示录
在通常情况下，自然选择像一把精细的手术刀，依据翅膀颜色、喙形等微小差异，切除某种飞蛾或保留某种鸣禽；但在集群灭绝事件中，自然选择则在演化方面化作一把大砍刀。在许多地点和栖息地中，整个生物分类群（不仅仅是个体或种，还有属、科和目）被急剧且不加选择地砍杀。从成因方面来看，集群灭绝通常与自然选择下的正常疏化（thinning）存在极大的差异；正如战争或流行病造成的死亡，与个别事故或疾病造成的死亡，在本质上是不同的。古生物学家会根据偏离背景灭绝（background extinction）速率的等级，来量化不同种群灭绝的严重程度。例如，新生代两栖动物的背景灭绝速率是每年小于 0.01 种（大约每世纪灭绝一种青蛙或蝾螈）。发生集群灭绝意味着，原本相当的演化速度与环境变化速度（两者能够随着时间的推移较好地相互配合，就像构造运动与侵蚀作用保持一致的步调）已经不再同步。缓慢推进的地质变化（造山带的生长、大陆的分离）可以激发生物圈的创新能力，但突发性的转变可能会摧毁生物圈。在集群灭绝的过程中，出于某种原因，环境的变化已经加速到了大部分的生物圈无法适应的程度。
20 世纪 80 年代初，我在大学里学习了一门地史学课程，教材上介绍了关于白垩纪末期物种大灭绝的假说（此后不久，阿尔瓦雷茨父子提出的陨石撞击假说受到了地质学界的关注）；如今，回顾这些假说是件十分有意思的事。过去认为恐龙行动迟缓、愚笨（暗示其“活该”灭绝）的观点（从演化角度来看站不住脚），已经被新的描述所取代，即恐龙是精力充沛、温血、善于交际（在某些情况下），甚至聪慧的生物。因此，让恐龙灭绝变得更加困难，相关的提案似乎都不足以形成能够达到大灭绝效果的迅猛冲击。例如，全球变冷、致命流行病、被食蛋哺乳动物屠杀、对刚刚演化出来的开花植物过敏！教材中唯一提及的外星假说是，当来自遥远超新星的宇宙辐射到达地球时，地球的磁场正好发生倒转，整颗星球的防御能力最弱；正如“disaster”（灾难）一词在希腊语中的意思——厄运之星（badstar）。
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如今阅读这些假说，感觉是在重温历史上一个更友善、更温和的时期，因为关于集群灭绝的科学观点，似乎反映了当代社会的存在主义焦虑的根源；人类常常将最深处的恐惧投射在过去的地质事件上。这并不是说关于集群灭绝的假设是不科学的，而是说对新型“世界末日”的恐惧，有助于我们想象昔日大灾难可能引发的场景。地质学家作为生活在特定社会环境与历史时刻中的人，不免受到主流时代思潮的影响。与 20 世纪和 21 世纪的焦虑不安相比，维多利亚时代相当乐观，相信技术与科学进步在改善人类命运方面的潜力。除了莱伊尔派的禁忌（尤其是过时的宗教论派），即用灾变论解释地质现象，维多利亚时代的人们并未被世界末日的幻象所困扰，科学领域中也未出现哈米吉多顿（Armageddon）之谈。
然而，1980 年，维多利亚时代的人们无法预见的可怕技术进步威胁着人类文明；正是在冷战后期的焦虑时代，阿尔瓦雷茨父子提出了陨石撞击假说。根据这一假说，因陨石撞击而粉碎的岩石进入了平流层，形成了遮蔽阳光的尘土层，进而阻碍了光合作用，导致大规模的饥荒。此番描述与卡尔·萨根和大气化学家保罗·克鲁岑（Paul Crutzen）在 20 世纪 70 年代提出的“核冬天”（nuclear winter）假说几乎一模一样。同年，圣海伦斯火山（Saint Helens Mount）的喷发，更容易让人们联想到暗淡无光的世界末日。
到了 1990 年，希克苏鲁伯陨石坑被发现之时，柏林墙已经倒塌。随着核灾难的威胁逐渐从集体意识中消失，取而代之的是一种日趋滋长的意识，即环境犯罪可能会导致人类的灭亡。事实证明，酸雨对新英格兰地区和斯堪的纳维亚的森林造成了毁灭性破坏，这是几十年以来煤炭燃烧释放的硫所造成的“后遗症”。在白垩纪末期，海洋中的生物呈现选择性灭绝模式（深海中的有壳生物比浅海中的有壳生物生存得更好），这出乎意料地与人们设想的被硫酸酸化的海洋环境极为相似。尤卡坦半岛的陨石坑中的岩石含有大量的硫——地层中分布着多个厚厚的硬石膏（anhydrite，成分为无水硫酸钙）层。这种矿物会在撞击过程中蒸发，被抛到大气层中，然后化成炽热的酸雨落下。1991 年菲律宾皮纳图博火山的喷发（威力是圣海伦斯火山喷发的 10 倍），让人们形成了更深刻的认识。那场喷发将大量的硫酸盐颗粒注入了平流层，造成的影响足以使因温室气体浓度上升而形成的全球气温持续攀升的趋势中断了 2 年。从 240 千米宽的尤卡坦半岛的陨石坑中喷出的巨量的硫，可能会对适应了白垩纪温暖气候的生物造成更严重的低温打击；随后，这些硫会变成“来自地狱的雨”，从大气层中落下。如此看来，硫，而不仅仅是粉尘，一定是白垩纪末期集群灭绝的真正元凶。
然而，许多古生物学家仍旧对这种解释感到不满意。具有腐蚀性的酸雨本应对淡水生态系统造成特别严重的危害，但生活在这些环境中的物种，包括青蛙等对水体化学性质的变化敏感的两栖动物，其存活率接近 90%，远高于栖息在干旱陆地上的物种，后者仅有 12% 能经受住这场灾难。由于提出的所有“屠杀”机制都无法解释化石记录的细节，一些古生物学家认为，这颗小行星并不是“独行杀手”，全球生态系统早在陨石到来前就已遍体鳞伤。最常被引用的“帮凶”是火山活动，尤其是造就了德干暗色岩（Deccan Traps）的火山喷发事件；德干暗色岩位于当今印度，是一层厚达 1.6 千米的玄武岩流。在发生集群灭绝前的数万年里，渗出的熔岩释放了巨大数量的二氧化碳，创造了一个身处环境危机之中的世界；与此同时，地球遭受了来自宇宙空间的致命一击。在希克苏鲁伯陨石坑处，厚厚的石灰岩层的蒸发，会向空气中注入更多的二氧化碳。因此，在经历了几年由“火山灰罩子”导致的严寒之后，气候骤变，形成了极具毁灭性的温室。近期对白垩纪尾声的重建研究显示，这颗凶残但魅力非凡的小行星，不得不与远没有那么迷人的温室气体共享舞台。
- 希克苏鲁伯陨石坑
空气污浊的时代
在陨石撞击假说面世后的 10 年间，集群灭绝研究成为古生物学中一个独特又时髦的分支学科。对于接受了刚被“正名”的灾变论的人而言，似乎所有的集群灭绝事件最终都将归咎于陨石撞击。芝加哥大学的杰出古生物学家杰克·塞科斯基（Jack Sepkoski）率先认识到了大数据在古生物学领域中的潜力。他宣称，在分析了数千个化石编目后，自己发现了物种灭绝的周期——2600 万年。秉持一种奇怪的新均变主义，他推测，间歇性的灭绝事件可能与地球周期性地通过银河系的旋臂（spiralarm）有关（可能会使彗星的轨道变得不稳定）。”这激发了人们寻找其他集群灭绝时期的陨石撞击证据的热情，并将撞击坑（impact crater）研究从地质学的边缘领域转移到了主流学界。但 30 年过去，尚未有令人信服的证据显示，其他的重大物种危机与彗星或小行星的撞击有关。我们不得不面对一个发人深省的事实：地球上的生命有时会遭遇极为可怕的灾难，而原因完全来自地球系统内部。
除了白垩纪末期的浩劫，其他的集群灭绝事件依序为：（1）晚奥陶世（约 4.4 亿年前）的大灭绝事件，是寒武纪大爆发过后发生的第一次大规模物种灭绝；（2）晚泥盆世（约 3.65 亿年前）相距较近的两次灭绝事件，彼时宏观生命已经移居到了陆地上；（3）二叠纪末期的“生物大屠杀”（2.5 亿年前）是有史以来最严重的集群灭绝事件，约翰·菲利普斯恰如其分地将之标记成古生代的终结；（4）晚三叠世的灭绝事件，距离二叠纪“崩溃”仅仅过去了 5000 万年，生物圈就再次迎来了残酷的打击。基于人们衡量“生物大屠杀”严重程度的标准（消亡的种、属或科的数量），恐龙灭绝位列第四或第五。
虽然这些灾难的受害者与原委在细节上各有不同，但它们存在惊人的相似之处。第一，所有的灭绝事件（包括白垩纪末期恐龙的灭亡）都涉及气候的骤然变化；除了泥盆纪的浩劫（当时热带海洋变冷），所有的灭绝事件都与气候快速变暖有关。第二，所有的灭绝事件都牵扯到碳循环和大气层中碳含量的重大扰动；此类扰动源于异常的溢流式喷发火山作用（如二叠纪、三叠纪、白垩纪），和/或生物圈封存的碳与已储存的碳氢化合物释放的碳之间的失衡现象（如奥陶纪、泥盆纪、二叠纪、三叠纪）。第三，所有的灭绝事件都导致了海洋化学性质的急剧变化，包括酸化作用对分泌方解石的生物的摧毁（如二叠纪、三叠纪、白垩纪），和/或广泛的缺氧现象（形成了“死区”），除了嗜硫细菌，几乎所有的生物都窒息而死（如奥陶纪、泥盆纪、二叠纪）。事实上，在所有灭绝事件结束之后的一段时间（几十万年到数百万年）内，只有微生物兴盛地繁衍，生物圈的其他部分则在奋力地重新站稳脚跟（或蜷缩防守）。人类往往认为自己是 35 亿年演化的巅峰王者，而大规模的集群灭绝完全可以挑战这种妄想。生命具有永无止境的创造力，总是在修补与试验，并未被某种特定的前进路线束缚。对于我们哺乳动物而言，白垩纪的集群灭绝则是一个幸运的转机，其为哺乳动物的“黄金时代”铺平了道路。然而，如果生物圈的历史从原核生物而不是宏观生命的角度来书写，那么这些灭绝事件不足以记录在册。即使是现在，原核生物[细菌和古菌（archea）]依旧占据地球生物总量的 50% 以上。有人可能会说，地球的生物圈现在是（而且一直是）一个“微型政体”，由微生物统治。当体形更大的暴发户式生命形态大势已去之时，适应力无限的微生物（演化的时间尺度为月，而不是千年）总是渴望占领一切，并重申自己在这颗星球上长久以来的统治地位。
或许最重要的是，所有的集群灭绝，甚至是相对“纯粹”的白垩纪浩劫，都无法完全归因于单一因素；所有的灭绝事件都与多个地质系统同时发生突变有关，而这些变化反过来又在其他地质系统中引发了连锁反应。从某些方面来说，这令人放心；其意味着，要想破坏生物圈的稳定，需要一场汇聚了各种因素的“完美风暴”。然而，诸多“祸因”（如温室气体、碳循环紊乱、海洋酸化和缺氧）都是地球居民十分熟悉的现象，这令人感到不安。如果一场迫在眉睫的灾难拥有多重成因，那么我们既无法做出精准的预测，也没有灵丹妙药可以解决。
大气层的历史提醒人类，我们头顶上方的天空并非地球唯一与最终的保护罩。即使大气层经历了漫长的稳定期，当空气中出现变化时，大气层依旧能够以令人震惊的态势突袭地球，斯瓦尔巴群岛的冰川灾难就证明了这一点。在以上“变化之风”的余波中，生物地球化学循环的剧变波及了所有层级的生态系统。那些将一切都投入旧的世界秩序中的生物，将历经磨难，甚至惨遭灭绝；与此同时，微生物则悄悄地清理混乱，并向幸存者颁布一套新的秩序。改造大气化学是极为危险的行为，可能会凭空出现无法控制的各种力量。
题图来自 Chase O on Unsplash
