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二叠纪－三叠纪灭绝事件

2020-10-16

出处：族谱网

作者：阿族小谱

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年代测定在西元二十世纪之前，二叠纪与三叠纪交界的地层很少被发现，因此科学家们很难准确地估算灭绝事件的年代与经历时间，以及影响的地理范围。在1998年，科学家研究浙江省长兴县煤山附近的二叠纪/三叠纪岩层，他们采用铀-铅测年方法，研究锆石中的铀/铅比例，估计二叠纪-三叠纪灭绝事件的发生年代为2亿5140万年前（误差值为30万年），并发现此后有随者时间持续增高的灭绝比例。在灭绝事件发生时，全球各地的碳13/碳12比例极速下降约9‰。因为二叠纪/三叠纪的界线难以用放射性定年法测定，科学家们多用急遽下降的碳13/碳12比例，测定岩层中的二叠纪/三叠纪交界。在二叠纪与三叠纪交界时期，陆地与海生真菌曾有急遽的增加，原因应是当时有大量的植物与动物死亡，使得真菌得以迅速繁衍。因为二叠纪/三叠纪的界线难以用放射性定年法测定，也缺乏参考用的标准化石，古动物学界一度使用真菌的繁衍高峰，测定岩层中的二叠纪/三叠纪交...

年代测定

在西元二十世纪之前，二叠纪与三叠纪交界的地层很少被发现，因此科学家们很难准确地估算灭绝事件的年代与经历时间，以及影响的地理范围。在1998年，科学家研究浙江省长兴县煤山附近的二叠纪/三叠纪岩层，他们采用铀-铅测年方法，研究锆石中的铀/铅比例，估计二叠纪-三叠纪灭绝事件的发生年代为2亿5140万年前（误差值为30万年），并发现此后有随者时间持续增高的灭绝比例。在灭绝事件发生时，全球各地的碳13/碳12比例极速下降约9‰ 。因为二叠纪/三叠纪的界线难以用放射性定年法测定，科学家们多用急遽下降的碳13/碳12比例，测定岩层中的二叠纪/三叠纪交界。

在二叠纪与三叠纪交界时期，陆地与海生真菌曾有急遽的增加，原因应是当时有大量的植物与动物死亡，使得真菌得以迅速繁衍。因为二叠纪/三叠纪的界线难以用放射性定年法测定，也缺乏参考用的标准化石，古动物学界一度使用真菌的繁衍高峰，测定岩层中的二叠纪/三叠纪交界。但是真菌定年法的最初提倡者，指出真菌的繁衍高峰，可能是三叠纪最早期生态系统的反复发生现象。真菌的繁衍高峰理论在最近几年遭到许多质疑，例如：最常发现的真菌孢是 Reduviasporonites ，在近年被发现其实是藻类化石、、真菌的繁衍高峰似乎不是全球性现象、在许多地层中，真菌的繁衍高峰与二叠纪/三叠纪界线并不一致。藻类被误认为真菌胞，可能代表三叠纪时期全球各地湖泊增加，而非生物的大量死亡与腐烂。在2009年的一个研究，则以生物化学方式分析 Reduviasporonites 的组成，例如：碳同位素、氮同位素、碳/氮比例，发现 Reduviasporonites 的组成接近真菌。

关于这次灭绝的过程、经历时间、以及不同生物群的灭绝模式，仍然相当模糊。一些证据显示这次灭绝事件持续约数百万年，而在二叠纪的最后100万年，急遽地达到高峰。在2000年，科学家研究浙江煤山的许多富含化石的地层，借由统计分析指出，这次灭绝事件只有一个灭亡高峰期。但是，之后近年的研究指出不同的生物群在不同的时间点灭亡；举例而言，虽然年代难以确定，介形纲（Ostracoda）与腕足动物的大规模灭绝，先后相差了72万年到122万年之间。在格陵兰东部的一个化石保存良好的地层，动物群的衰退集中在6万到1万年之间，而植物群的衰退则持续约数十万年之久，但也显示灭绝事件造成全面性的影响。一个较早期的研究，认为当时有两个灭绝高峰期，相隔500万年，这段期间的生物灭绝高于正常标准；而最后的灭绝高峰，造成当时约80%的海洋生物灭亡，其余海生生物则多在第一次的灭绝高峰与灭绝间期消失；近年仍有研究引用这个假设。若根据此一理论，第一次的灭绝高峰发生于二叠纪瓜达鹿白阶末期。

瓜达鹿白阶 (法语) 末期灭绝事件对海生生物的冲击，随者地区与物种的不同，而有不同程度的影响。举例而言，腕足动物与珊瑚有严重的大量灭亡。所有的恐头兽类灭亡，仅有一属继续存活；在有孔虫门中，体型大型的纺锤虫目（Fusulinida）也仅有费伯克蜓科（Verbeekinidae）继续存活。

灭绝模式

海中生物

在二叠纪-三叠纪灭绝事件中，海生无脊椎动物的灭亡程度最大。在中国南部的一些富含化石的地层，在329属的海生无脊椎动物中，有280属在二叠纪最后两个沉积层（以发现牙形石化石为标准）消失。

根据统计分析的结果，二叠纪末海洋生物的物种数量降低，多是因为灭亡，而非物种形成的减少。受到此次灭绝事件影响最严重的生物群，是具有碳酸钙外壳的海洋无脊椎动物，尤其是吸收环境中二氧化碳以制造外壳的物种。

在正常时期，底栖生物的灭亡率高。这次灭绝事件使底栖生物的灭亡率，达到正常时期的数倍。以灭绝比例来看，海洋生物遭受灾难性的灭亡。

继续存活的海生无脊椎动物则包含：腕足动物门（它们的数量在灭绝事件后持续了一段缓慢的衰退）、菊石亚纲的齿菊石目与海百合纲（几乎灭亡，但后来再度繁盛、多样化）。

存活比例最高的海洋生物，通常具有良好的循环系统、复杂的气体交换机制、以及较少的钙化组织。而钙化组织最多的物种，则是灭亡比例最高的生物。以腕足动物为例，继续存活的物种体型较小，且是多样化生物群落中的数量稀少成员。

自从二叠纪中期罗德阶（英语： Roadian ）之后，菊石亚纲已经历长时间的衰退，达约3000万年之久。瓜达鹿白阶（Guadalupian）末期的有限度灭绝事件，使菊石的差异性大幅减少，环境因素可能导致这次的灭绝事件。菊石的低多样性与低差异性持续到二叠纪末灭绝事件；然而，二叠纪末灭绝事件的范围广泛、过程迅速。在三叠纪，菊石开始迅速多样化，但物种之间的差异性仍然不大。

在二叠纪时期，菊石的形态空间逐渐有限。在进入三叠纪的数百万年后，菊石再度发展出原始的形态空间，但不同演化支已出现差异。

陆地无脊椎动物

在二叠纪时期，陆地的昆虫与其他无脊椎动物非常繁盛、多样化，其中也包含地表上曾出现过的最大型昆虫。发生在二叠纪末的灭绝事件，是目前已知惟一的昆虫大规模灭绝事件，其中有八、九个昆虫的目消失，而至少十个目的物种减少。古网翅总目（Palaeodictyopteroidea）在二叠纪中期开始衰退，这段时间可能与植物群的变化有关系。昆虫的衰退高峰发生于二叠纪晚期，这段时间的高峰则可能与植物群的变化（由气候变化造成）无直接关联。

在二叠纪-三叠纪灭绝事件的前后，昆虫的化石有极大的差异。许多古生代的昆虫多在二叠纪-三叠纪灭绝事件后消失，只有舌鞘目、Miomoptera（内翅总目的一目）、原直翅目继续存活到中生代。外翅总目、单尾目、古网翅总目、Protelytroptera（舌鞘目的一亚目）、原蜻蜓目在二叠纪末灭亡。在一些保存状态良好的三叠纪晚期地层中，通常可发现与现代昆虫族群相关的化石。

陆地植物

植物生态系统

陆地植物的化石纪录很少见，大多数是花粉与孢子。所有大型灭绝事件对植物造成的影响，只有到科的层级。若以种层级来看，减少的物种大部分可能是埋藏过程造成的假象。若以优势物种与地理分布来看，可发现植物生态系统有重大的变动。

在二叠纪/三叠纪交界时，优势的植物群改变，许多陆地植物突然开始衰退，例如荷达树（裸子植物）与舌羊齿（种子蕨）。在二叠纪/三叠纪交界之后，原本占优势的裸子植物被石松门取代。

一个针对格陵兰东部沉积层中的花粉与孢子研究，显示在灭绝事件发生前，当地有密集的裸子植物森林。在海生无脊椎动物群衰退时，这个大型森林也开始消失，而小型草本植物开始多样化（包含石松门的卷柏与水韭）。裸子植物后来一度兴盛，然后大量灭亡。在二叠纪末灭绝事件期间与之后，植物群发生数次兴衰循环。优势植物群从大型木本植物变动到草本植物，显示当时许多的大型植物遭到环境改变的压力。植物群落的接续与灭绝，发生于碳13/碳12比例极速下降之后，但两者时间并不一致。裸子植物森林的复原，花了约400万到500万年。

煤层缺口

在三叠纪早期的地层中，没有发现煤矿床，而三叠纪中期的地层中，煤矿床薄，而且品质低。关于煤层缺口的成因有许多假设。有科学家认为，当时有许多新的真菌、昆虫、以及脊椎动物出现，这些具侵略性的动物造成植物的大量死亡。但是，这些动物也因二叠纪-三叠纪灭绝事件而大量灭亡，不太可能是煤层缺口的主因。有可能所有可形成煤矿的植物，在这次灭绝事件中几乎灭亡；而在1000万年之后，新的植物才适应潮湿、酸性的泥炭沼泽，而出现可形成煤矿的新植物。非生物性因素，则包含：减少的降雨、或增加的碎屑沉积物。最后，三叠纪早期的各种沉积层很少被发现，煤层的缺口可能反映了沉积层的稀少状况。有可能形成煤矿的三叠纪早期生态系统，目前还没有被发现。例如在澳洲东部，当时可能长时间处在寒冷的气候，这种天气状况适合泥炭的形成。在可以形成泥炭的植物中，有95%在这次灭绝事件中消失。但是，澳洲与南极洲的煤矿床在P-Tr事件发生前，就已经消失。

陆地脊椎动物

在二叠纪末期，许多陆地脊椎动物消失，而某些演化支甚至几乎灭亡。某些存活的族系，并未长时间继续存在，而其他族系则开始多样化，并长期存活着。有充足证据显示，超过⅔的陆生两栖动物、蜥形纲、兽孔目的科在这个灭绝事件中消失。大型的草食性动物遭受严重的打击。除了前棱蜥科，几乎所有的二叠纪无孔亚纲动物灭亡；龟鳖目具有无孔类的头骨，被认为可能是从前棱蜥科的近亲演化而来（或是双孔亚纲）。盘龙目早在二叠纪末期前就已灭亡。由于二叠纪的双孔亚纲化石很少，无法确定灭绝事件对双孔亚纲所造成的影响；双孔亚纲包含大部分的爬行动物，例如蜥蜴、蛇、鳄鱼、恐龙、以及恐龙的后代鸟类。

灭绝模式的可能解释

灭亡程度最严重的海生动物，包含：可以制造钙质外壳（例如碳酸钙）、代谢率低、以及呼吸系统较弱的物种，尤其是钙质海绵类、四射珊瑚、床板珊瑚、具钙质外壳的腕足动物、苔藓动物门、棘皮动物门，上述动物中约有81%的属灭亡。而无法制造钙质外壳的近亲，受到的影响较小，例如海葵（演化出现代的珊瑚）。具有高代谢率、呼吸系统良好、以及缺乏钙质外壳的动物，灭亡的幅度较小；牙形石是个例外，约有33%的属消失。

这种灭绝模式，与组织缺氧产生的效应相符合。在当时，几乎所有的大陆棚海域都有严重的缺氧现象，但缺氧现象无法解释有限度的灭绝模式；因此缺氧不是造成海生生物灭绝的唯一成因。一个针对二叠纪晚期到三叠纪早期大气层的数学模型，指出在这段期间，大气层中的氧气有明显、长时期的衰退；这个衰退不因二叠纪/三叠纪交界而增加，并在三叠纪早期达到最低点，但仍高于现今的比例。由此得知，氧气比例的衰退与灭绝模式并不一致。

另一方面，海生生物的灭绝模式也与高碳酸血症（二氧化碳过高）产生的效应相符合。当二氧化碳浓度高于正常时，将对生物造成伤害：降低呼吸色素携带氧到组织的能力、使体液更为酸性、妨碍动物形成碳酸钙外壳；当浓度更高时，会使生物进入昏迷状态。除了上述反应，二氧化碳浓度高，会使生物制造钙质外壳更加困难。与陆地生物相比，海洋生物对于二氧化碳浓度的变化相当敏感。溶解于水中的二氧化碳，是氧的28倍。对于进行呼吸作用的动物，二氧化碳的排除，与气体经过呼吸系统膜相关；所以海洋动物会将身体内的二氧化碳保持在低浓度，低于陆地动物。若二氧化碳浓度增加，会妨碍海洋动物合成蛋白质、降低受精概率、形成不完整的钙质外壳。

目前很少发现跨越二叠纪与三叠纪交界的陆相地层，因此难以详细研究陆地生物的灭绝/存活比例。二叠纪与三叠纪的昆虫有显著的不同，但是在二叠纪晚期到三叠纪早期，有个约1500万年的昆虫化石断层。目前最足以研究二叠纪/三叠纪陆地脊椎动物变化的地层，位于南非的卡鲁盆地（Karoo）；但目前仍没有足够的研究可供结论。

生态系统的复原

早期的研究认为在二叠纪末灭绝事件后，地表的生物迅速的复原，但这些研究多是针对在灭绝存活的先驱生物（Pioneer organisms）的研究结果，例如水龙兽。近年的大部分研究认为，当时经历相当长的时间，生态系统才恢复以往的高度多样性、复杂的食物链、与众多生态位。在灭绝事件后，发生数次的灭绝波动，限制栖息地的复原，因此生态系统花了长时期才完全复原。近年的研究指出，地表生态系统直到进入三叠纪中期，约是灭绝事件后400万到600万年，才开始复原。某些研究人员更指出，直到灭绝事件后3000万年，进入三叠纪晚期，地表生态系统才完全复原。

怀马卡里里河，分布于新西兰南岛，属于辫状河

在三叠纪早期，约是灭绝事件后400万到600万年，陆地的植物数量不足，造成煤层缺口，使当时的草食性动物面临食物短缺。南非卡鲁盆地的河流，从曲折河改变为辫状河，显示该地区的植被曾长时间非常稀少。

三叠纪早期的主要生态系统，无论是植物、动物，或是海洋、陆地系统，优势生物都是少数特定、且全球分布的物种。举例而言，兽孔目的水龙兽，这种草食性动物的数量，占了当时陆地草食性动物约90%；以及双壳纲的克氏蛤（ Claraia ）、正海扇（ Eumorphotis ）、蚌形蛤（ Unionites ）、 Promylina 。正常的生态系统应由众多物种构成，并占据者不同的栖息地与生态位。

在灭绝事件存活下来的某些劣势物种，数量与栖息地大幅增加。例如：双壳纲的海豆芽（ Lingula ）、出现于奥陶纪的叠层石、石松门的肋木（ Pleuromeia ）、种子蕨的二叉羊齿（ Dicrodium ）。

海洋生态系统的改变

在二叠纪末灭绝事件后，滤食性固着动物（例如海百合）的数量大幅减少

在二叠纪-三叠纪灭绝事件发生前，接近67%的海生动物是固着动物，附着于海床生存；在中生代期间，只有约50%的海生动物是固着动物，其余皆是可自由行动的动物。研究显示，事件发生后，栖息在海底表层的滤食性固着动物，例如腕足动物、海百合，物种数量减少；而构造较复杂的动物，例如蜗牛、海胆、螃蟹，物种数量增加。

在二叠纪末灭绝事件发生前，同时存在复杂与单纯的海洋生态系统，比例相当；生态系统经过复原后，复杂的海洋生物群落在数量上超过单纯的海洋生物群落，比例相当于3/1 ；这使海生掠食动物面临食物竞争的压力，促成中生代海洋生物的进一步演化。

在灭绝事件发生前，双壳纲是非常罕见的物种。在三叠纪，双壳纲成为数量众多、多样化的生物群；其中的厚壳蛤（Rudists），是形成中生代时期礁岩的主要生物。部分研究人员认为双壳纲的兴起，发生于两次灭绝高峰的间期。

在灭绝事件中，海百合纲的物种数量、多样性大幅减少，但没有完全灭亡。在灭绝事件后，海百合纲接着发生适应辐射，除了数量、栖息地增加，也发展出柔软的腕足、具可动性。

陆地脊椎动物

在三叠纪早期，水龙兽是陆地上最繁盛的脊椎动物。

水龙兽属于兽孔目二齿兽类，是种体型接近猪的草食性动物，在三叠纪最早几个时期，占据了90%的陆地动物生态位。除此之外，还有体型较小的肉食性犬齿兽类幸存，犬齿兽类是哺乳动物的祖先。根据非洲南部卡鲁盆地的化石纪录，有少数二叠纪物种也存活过二叠纪-三叠纪灭绝事件，例如兽头亚目的四犬齿兽（ Tetracynodon ）、麝喙兽（ Moschorhinus ）、 Ictidosuchoides ，但数量没有水龙兽繁盛。

在三叠纪的早期，主龙类的数量远少于兽孔目；但在三叠纪中期，主龙类取代兽孔目的优势生态位。在三叠纪中到晚期，主龙类的恐龙演化出现，并逐渐成为中生代的优势陆地动物。兽孔目与主龙类的兴衰，与哺乳类的演化过程有关。兽孔目与随后出现的哺乳形类，在这个时期多半演化成小型、夜行性的食虫动物。夜间的生活习性，至少使哺乳形类发展出毛发与较高的代谢率。

两栖动物离片椎目的某些物种，在灭绝事件中几乎灭亡，但快速复原。在三叠纪的大部分时间，虾蟆螈（ Mastodonsaurus ）与长吻迷齿螈下目（Trematosauria）是主要的水生与半水生掠食动物，以其他四足类、鱼类为食。

陆地脊椎动物经过相当长的时间，才从二叠纪末灭绝事件复原。一位研究人员估计陆地脊椎动物花了3000万年，直到三叠纪晚期，才恢复之前的繁盛与多样性。此时的陆地脊椎动物包含：两栖动物、原始主龙类、恐龙、翼龙目、早期鳄鱼、以及哺乳形类。

可能的灭绝原因

关于二叠纪-三叠纪灭绝事件的发生过程，目前已有多种假设，包含剧烈与缓慢的过程；白垩纪-第三纪灭绝事件的发生过程，也有类似的假设。剧烈过程理论的成因，包含大型或多颗陨石造成的撞击事件、连续性火山爆发、或是海床急骤释放出大量甲烷水合物。缓慢过程理论的成因，包含海平面改变、缺氧、以及逐渐增加的干旱气候。

陨石撞击事件

位于南极洲的威尔克斯地陨石坑，直径达500公里，形成时间在5亿年内，规模与时代使它成为本次灭绝事件的可疑成因，但证据不够明确。

白垩纪-第三纪灭绝事件由撞击事件造成的证据，促使科学家们推论其他灭绝事件由撞击事件造的的可能性，尤其是二叠纪-三叠纪灭绝事件。因此，科学家们尽力寻找那个时代的大型陨石坑与撞击证据。

目前已在部分二叠纪/三叠纪交界的地层，发现撞击事件的证据，例如：在澳洲与南极洲发现罕见的冲击石英、富勒烯包覆的外太空惰性气体、南极洲发现的玻璃陨石，以及地层中常见铁、镍、硅微粒。但是，上述证据的真实性多受到怀疑。在南极洲石墨峰（Graphite Peak）发现的冲击石英，经过光学显微镜与穿透式电子显微镜重新检验后，发现其中的结构并非由撞击产生，而是形变与地壳活动（例如火山）造成的。

目前已经发现数个可能与二叠纪末灭绝事件有关的陨石坑，包含：澳洲西北外海的贝德奥高地、南极洲东部的威尔克斯地陨石坑。但没有可信服的证据，可证明这两个地形是由撞击产生。以威尔克斯地陨石坑为例，这个位在冰原下的凹地，年代无法确定，可能晚于二叠纪末灭绝事件才形成。其中最争议的陨石坑，是由地质学家Michael Stanton在2002年提出的，他主张墨西哥湾是形成于二叠纪末期的一次撞击事件，而该撞击事件也造成了二叠纪-三叠纪灭绝事件。

如果二叠纪末灭绝事件的主因是由于撞击，很有可能陨石坑已经消失于地表。地球表面有70%是海洋，所以陨石或彗星撞击海洋的概率，是撞击陆地的两倍以上。但是，地球的海洋地壳会因聚合与隐没作用而消失于地表，所以目前无法找到距今2亿年以上的海洋地壳。如果当时有非常大型的撞击事件，撞击会使该处地壳破裂、变薄，造成大量的熔岩。

撞击理论最受到关注的原因是，它可与其他灭绝现象产生因果连结，例如西伯利亚暗色岩火山爆发，可能由大型撞击产生，甚至是大型撞击的对跖点。即使撞击发生于海洋，陨石坑因为隐没带而消失于地表，应会留下其他证据。如同白垩纪-第三纪灭绝事件，如果有撞击事件发生，会产生大量撞击抛出物，相同时代的许多地层会发现大量亲铁元素，例如铱。若灭绝事件由陨石撞击引发，可以解释在灭绝后，生物没有快速的适应演化。

火山爆发

西伯利亚暗色岩的熔岩范围

在二叠纪的最后一期，发生两个大规模火山爆发：西伯利亚暗色岩、峨嵋山暗色岩。峨嵋山暗色岩位于现今中国四川省，规模较小，形成时间是瓜达鹿白阶末期，形成时的位置接近赤道。西伯利亚暗色岩火山爆发是地质史上已知最大规模的火山爆发之一，熔岩面积超过200万平方公里。西伯利亚暗色岩火山爆发原本被认为持续约数百万年，但近年的研究认为西伯利亚暗色岩形成于2亿5120万年前（误差值为30万年），接近二叠纪末期。

峨嵋山暗色岩与西伯利亚暗色岩火山爆发，可能制造大量灰尘与酸性微粒，遮蔽照射到地表的阳光，妨碍陆地与海洋透光带的生物进行光合作用，进而遭成食物链的崩溃。大气层中的酸性微粒，最后形成酸雨降落到地表。酸雨对陆地植物、可制造碳酸钙硬壳的软体动物与浮游生物造成伤害。火山爆发也释放大量二氧化碳，形成温室效应。大气层中的灰尘与酸性物质降落到地表之后，过量的二氧化碳持续形成温室效应。

与其他火山相比，西伯利亚暗色岩更为危险。洪流玄武岩会产生大量的流动性熔岩，只会喷发少量的蒸气、碎屑进入大气层。但是，西伯利亚暗色岩火山爆发的喷出物质，似乎有20%是火山碎屑，这些火山灰与火山砾进入大气层后，会造成短时期的气候寒冷。带有玄武岩的熔岩侵入碳酸盐岩、或带有大型煤层的地区，会产生大量的二氧化碳，会在大气层的灰尘降落到地表后，造成全球暖化。

这些火山爆发事件的规模是否足以造成二叠纪末灭绝事件，仍有争议。峨嵋山暗色岩接近赤道区，火山爆发所制造的灰尘与酸性物质，会对全世界造成影响。西伯利亚暗色岩的规模较大，但位置在北极区内，或在北极区附近。如果西伯利亚暗色岩火山爆发的持续时间在20万年内，会使大气层中的二氧化碳达到正常程度的两倍。近年的气候模型显示，大气层中的二氧化碳含量加倍，会使全球气候上升1.5°C到4.5°C，这会造成严重的影响，但没有到二叠纪-三叠纪灭绝事件的严重程度。

在2005年，日本NHK与加拿大国家电影委员会（NFB）制作的《地球大进化》（ Miracle Planet ；地球大進化〜46億年・人類への旅）电视节目，提出火山爆发形成的轻微全球暖化，导致甲烷水合物的气化；由于甲烷气体对全球暖化的影响，是二氧化碳的45倍，甲烷水合物的气化进而导致不断循环的全球暖化。

甲烷水合物的气化

科学家们已在全球许多地点的二叠纪末碳酸盐矿层中，发现当时的碳13/碳12比例有迅速减少的迹象，减少了约10‰左右。从二叠纪末开始，碳13/碳12比例发生了一系列的上升与下降现象，直到三叠纪中期才稳定、停止；而发生于二叠纪末的第一次变动，是其中规模最大、最迅速的变动。在三叠纪中期，碳13/碳12比例稳定之后，可制造碳酸钙外壳的动物开始复原。

碳13/碳12比例的下降，可能有以下多种因素：

火山爆发产生的气体，其碳13/碳12比例低于正常值约5~8‰。但若要使全球的碳13/碳12比例下降约10‰，其火山爆发的规模将超越目前已知的任何地质纪录。

生物活动降低，使环境中的碳12更慢被摄取，更多碳12进入沉积层，而使碳13/碳12比例降低。所有的化学反应是建立在原子间的电磁力。较轻的同位素，其化学反应较快。所以生物化学过程会用到较轻的同位素。但关于古新世-始新世交替时期最大热量（PETM）事件的研究发现，该时期的碳13/碳12比例小幅降低约3到4‰。根据假设，即使将全部的有机碳（包含生物、土壤、海洋）进入土壤沉积层中，也不会达到古新世/始新世交替时的小幅度碳13/碳12比例下降。由此可知生物活动降低不是二叠纪末期的碳13/碳12比例降低的原因。

埋在沉积层中的死亡生物，体内的碳13/碳12比例小于正常值约20到25‰。就理论上而言，如果海平面迅速降低，浅海地区的沉积层曝露到空气后，开始氧化作用。但若要使全球的碳13/碳12比例下降约10‰，要有6.5到8.4兆吨有机碳经氧化后形成，而沉积层本身需要数十万年的氧化。这似乎不太可能发生。

间歇性海洋高氧与缺氧事件，也可能是三叠纪早期的碳13/碳12比例下降的原因。全球性的海洋缺氧现象，本身也是灭绝事件的原因之一。二叠纪末期到三叠纪早期的陆地，多为热带地区。热带的大型河流会将沉积层中有有机碳带入海洋，尤其是低纬度的邻近海盆。生物化学过程会用到较轻的同位素，所以有机碳的碳13/碳12比例低。大量有机碳的迅速（以相对而言）释放与沉降，可能会引发间歇性的高氧/缺氧事件。元古宙晚期到寒武纪交接时期，也曾发生碳13/碳12比例的下降，可能与此相关，或是其他与海洋相关的因素。

甲烷水合物即俗称的可燃冰，大部分位在大陆棚，被视为未来的潜在能源之一。

其他的理论则有：海洋大量释放二氧化碳、以及全球的碳循环系统经历长时间的重整。

但最有可能导致全球性碳13/碳12比例下降的因素，是甲烷水合物气化产生的甲烷。而利用碳循环模型模拟的结果，甲烷最有可能导致如此大幅的下降。甲烷水合物是固态形式的水于晶格（水合物）中包含大量的甲烷。甲烷是由甲烷菌（英语： Methanogen ）制造，碳13/碳12比例低于正常值约60‰。甲烷在特定的压力与温度下，会形成包合物，例如永冻层的近表层，并在大陆棚、更深的海床等地区大量形成。甲烷水合物通常出现在海平面300米以下的沉积层。最深可在水深2000米处发现，但大部分在水深1100米以上。

西伯利亚暗色岩火山爆发产生的熔岩面积，是以往认定的两倍以上，新发现的熔岩地区，在二叠纪末时几乎是浅海。极有可能这些浅海地区蕴含甲烷水合物，而火山爆发产生的熔岩流入海床后，促使甲烷水合物的汽化。

由于甲烷本身是种非常强的温室气体，大量的甲烷被视为造成全球暖化的主要原因。证据显示该时期的全球气温上升，赤道区上升约6°C，高纬度地区上升更多。例如：氧18/氧16比例的下降、舌羊齿植物群（舌羊齿与生存于相同地区的植物）消失，由生存于低纬度的植物群取代。

碳13/碳12比例的变动，被认为与大量释放的甲烷有关，但两者在三叠纪早期的变动模式，并不吻合。要造成如此大的气候变迁，所需要的甲烷量，是引发古新世-始新世交替时期最大热量的五倍。但三叠纪早期曾出现大量碳13，使碳13/碳12比例迅速增加，而后下降。

海平面改变

当原本沉浸的海床露出海平面时，会造成海退。海平面的下降会使浅海的生存区域减少，破坏当地的生态系统。浅海的可栖息地，富含食物炼下层的生物，这些生物的减少，使赖其以维生的生物竞争食物更激烈。海退与灭绝事件之间似乎有部分关联，但另有证据认为两者间没有关系，而海退会形成新的栖息地。海平面的变化，同时也导致海底沉积物的变化，并影响海水温度与盐度，进一步造成海生生物的多样性衰退。

海洋缺氧

有证据显示，二叠纪末期的海洋发生了缺氧事件。在格陵兰东部的一个二叠纪末期海相沉积层，指出当时有明显、快速的海洋缺氧现象。而数个二叠纪末沉积层的铀/钍比例，也指出在这次灭绝事件发生时，海洋有严重的缺氧现象。

缺氧事件可能导致海洋生物的大量死亡，只有栖息于海底泥层、可以进行无氧呼吸的细菌不受影响。另有证据显示，这次海洋缺氧事件，造成海床大量释放硫化氢。

海洋缺氧事件的原因，可能是长时间的全球暖化，降低赤道区与极区之间的温度梯度，进而造成温盐环流系统的缓慢，甚至停止。温盐环流系统的缓慢或停止，可能使得海洋中的含氧量减少。

但是，某些研究人员架构出二叠纪末期的海洋温盐环流系统，认为当时的温盐环流系统无法解释深海区域的缺氧现象。

硫化氢

二叠纪末期发生的海洋缺氧事件，可能使硫酸盐还原菌（英语： Sulfate-reducing bacteria ）成为海洋生态系统中的优势物种，包含脱硫杆菌目、脱硫弧菌目、互营杆菌目、热脱硫杆菌门，这些生物会制造大量的硫化氢，过量的硫化氢会对陆地、海洋中的动植物造成毒害，并破坏臭氧层，使生物暴露在紫外线下。在二叠纪末到三叠纪早期发现许多绿菌，它们进行不产氧光合作用，释放出硫化氢。绿菌的兴盛时期，与二叠纪末灭绝事件和事后的长期复原，时期相符。大气层中的二氧化碳增加，植物却大规模灭亡，硫化氢理论可以解释植物的大规模灭亡。二叠纪末地层中的孢子化石，多数带有不正常特征，可能是由硫化氢破坏臭氧层，大量的紫外线进入地表造成。

盘古大陆的地图

盘古大陆的形成

在二叠纪中期（约是乌拉尔世的空谷阶），几乎地表的所有大陆聚合成盘古大陆，盘古大陆由泛大洋环绕着，而东亚部分直到二叠纪末期才与盘古大陆聚合。盘古大陆的形成，使得全球大部分的浅水区域消失，而浅水区域是海洋中最多生物栖息的部分。原本隔离的大陆架连接之后，使彼此独立的生态系统开始互相竞争。盘古大陆的形成，造成了单一的海洋循环系统，以及单一的大气气候系统，在盘古大陆的海岸形成季风气候，而广大的内陆则形成干旱的气候。

在盘古大陆形成后，海洋生物数量减少，灭亡比例接近其他大型灭绝事件。盘古大陆的形成，似乎对陆地生物没有造成严重的变化，二叠纪晚期的兽孔目反而因此扩大生存领域、更为多样性。盘古大陆的形成，使海洋生物开始减少，但不是导致二叠纪末灭绝事件的直接原因。

多重原因

二叠纪-三叠纪末灭绝事件的产生原因，可能由上述事件连锁、交错形成，并日趋严重。西伯利亚暗色岩的火山爆发，除了产生大量的二氧化碳与甲烷，也破坏邻近地区的煤层与大陆架。接下来的全球暖化，间接导致地质历史中最严重的海洋缺氧事件。海洋的缺氧，使硫化菌等进行不产氧的化合作用生物兴起，它们释放出大量的硫化氢。

但是，这连锁、交错的事件，部分环节相当薄弱。碳13/碳12比例的变动，被认为与大量释放的甲烷有关，但两者在三叠纪早期的变动模式，并不吻合。二叠纪末期的海洋温盐环流系统，不会造成深海区域的缺氧事件。