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尋找恐龍滅絕的元兇 最新研究證實“小行星撞地球致恐龍滅絕”假說

尋找恐龍滅絕的元兇 最新研究證實“小行星撞地球致恐龍滅絕”假說

尋找恐龍滅絕的元兇 最新研究證實“小行星撞地球致恐龍滅絕”假說

(神秘的地球uux.cn報道)據北京日報(賈斌):《美國科學院院刊》最近刊發了一份最新研究報告顯示,埋藏在墨西哥近海海底巨大撞擊坑的巖石“記錄”了小行星撞擊地球那個地球生命史上“糟糕”的日子,進一步充實了“小行星撞地球致恐龍滅絕”假說。

那么,“小行星撞地球致恐龍滅絕”的假說是怎么提出來的?目前又有哪些新的發現?

1.恐龍滅絕的元兇

在19世紀的早期,古生物學家根據化石確認了恐龍的存在,但也只是認為這一類生物也像其他滅絕的物種一樣,是逐漸消失的。但是,到了20世紀,隨著發現的化石越來越多,科學家開始覺察到,恐龍居然是突然消失的,而且消失得很徹底,這讓他們非常不解。

剛開始,科學家認為是恐龍的演化出了問題,比如體型越來越大,這讓它們不能很好地適應變化的氣候而滅絕。有昆蟲學家提出,一段時間內地球上出現了大量的毛毛蟲,它們吃掉了恐龍賴以生存的植物,所以恐龍被餓死了。也有一種災變說,認為一顆超新星爆炸,發出大量射線使恐龍滅絕。種種假說,眾說紛紜,都不能很好地解釋恐龍滅絕的原因,直到阿爾瓦雷斯父子提出撞擊假說。

小行星撞擊理論是由美國地質學家瓦爾特·阿爾瓦雷斯和他的父親路易斯·阿爾瓦雷斯共同提出的,路易斯是一名粒子物理學家,曾獲得1968年諾貝爾物理學獎。

1977年,瓦爾特開始在加州大學伯克利分校工作,著手研究白堊紀末期的生物大滅絕事件。為此,他來到意大利位于羅馬和佛羅倫薩之間的一個小鎮,那里裸露的灰巖(即石灰巖)完整地記錄了這次生物大滅絕的過程。在這里,瓦爾特發現灰巖中夾有一層紅色的黏土層,恰好分割了白堊紀和隨后的古近紀的地層。在這層黏土沉積物之下的白堊紀灰巖里,有豐富的有孔蟲化石,而在其上古近紀的灰巖中,有孔蟲幾乎消失了。

瓦爾特采樣回來后,他的父親路易斯也見到了這批樣品。這次,作為物理學家的路易斯突發奇想,打算研究一下有孔蟲從衰退到恢復需要多長時間。所以,他把一部分樣品交給了同樣在伯克利工作的兩位核化學家弗蘭克·阿薩羅和海倫·米歇爾,他們發明了一項名為中子活化分析的技術,可以準確地測定極低濃度的元素含量。讓他們吃驚的是,這層黏土層中銥元素的含量是周圍灰巖的600倍。銥是一種銀白色的金屬,類似于鉑,它在地殼內的濃度非常低,但是在一些地外星體,如小行星中,含量卻很高。銥異常,是小行星撞擊理論的關鍵證據。據此,阿爾瓦雷斯父子在1980年正式提出,恐龍的滅絕可能是由小行星撞擊導致的,黏土層中過量的銥是由小行星帶來的。隨后,科學家在全球范圍內多個地方同一時期的地層中都發現了類似的銥異常,從而印證了這個假說。

2.尋找撞擊坑

阿爾瓦雷斯父子及其同事提出的大撞擊理論引起了很大的轟動,但也伴隨著強烈的質疑。

根據他們的計算,這顆撞擊地球的小行星直徑大約有10公里,它應該在地球上留下痕跡,也就是撞擊坑,且直徑約為150-200公里。那么這個撞擊坑在哪里呢?要找到它,才能證明這個假說。

很快,科學家就開始著手在全世界尋找環狀構造,也就是疑似撞擊坑的地方。剛開始的時候,科學家有點盲目,甚至有點悲觀。因為這次撞擊事件距今已經6500萬年了,從那時起,地表的面貌發生了巨大的變化,大約有20%的地表形態(包括海洋和陸地)在各種地質過程中已經永久消失了。如果這次撞擊恰好發生在消失的地方,那么人們將永遠找不到撞擊坑了。但是,他們并沒有放棄。

科學家們從幾個不同的角度尋找這個撞擊坑。一個是高壓沖擊形成的礦物。小行星從太空而來,速度很快,如果撞到地球上必將產生很大的壓力,就會改變礦物的結構,變成地表不常見的高壓態。比如,受到撞擊時,石英就會變成更為致密的斯石英,這也是高壓沖擊的指示礦物。在1984年,科學家就開始在白堊紀末的沉積層中尋找斯石英,發現距離美國西南部某地區越近,斯石英的顆粒越大,這可能暗示了撞擊坑就在附近。另外一個證據是撞擊的濺射物。大撞擊的瞬間,會從中心向外濺射大量的碎屑物,大致以撞擊中心為同心圓向外散落,離中心越近,濺射物沉積厚度越大,越遠厚度越小。科學家的調查發現,北美的濺射物沉積厚度從北向南逐漸增加,在加勒比海的海地等地區,濺射物的厚度是美國和加拿大的25倍以上。這也意味著撞擊中心就在北美的南部。第三個線索來自于地球物理的調查。對墨西哥灣地區的重力和地磁調查顯示,這里存在一個環形的構造,其直徑大約為200公里,和理論預測相符。

終于,在1991年,幾名來自美國的地質學家宣布,位于墨西哥尤卡坦半島的希克蘇魯伯撞擊坑就是那次滅絕恐龍的撞擊事件發生的地方。

3.撞擊帶來的巨大災變

在確定了撞擊中心以后,科學家又進行了大量更細致的調查研究工作,對大撞擊細節的認識也越來越精確。在2016年,地質學家在撞擊坑上打了一口鉆,得到了約130米的巖芯,就是這些巖芯向我們講述了大撞擊后的一天內,撞擊坑內的變化。這項研究成果最近發表在《美國科學院院刊》上。

研究認為,開始的時候,一顆直徑約10公里的小行星向地球飛來,速度可達每秒20公里。隨著離地球越來越近,它的亮度越來越高,甚至超過太陽,像一個火球。它很快撞到了墨西哥尤卡坦半島的淺水里,在不到一分鐘的時間里,就撞出了一個直徑約200公里的大坑,深度有十幾公里;大量氣化或熔融的物質、固體巖石等被以極快的速度拋射出去,也包括這顆飛來的小行星,此刻它應該已經解體了。

隨后,3分鐘內,撞擊坑的中心快速隆起,再塌陷下去,最大深度可能達到3公里。在半個小時后,周圍的海水重新灌進來,誘發海嘯。大約一小時,海水重新填滿撞擊坑,之后因為海水的震蕩,發生多起海嘯,可能持續了一天的時間。另外,在巖芯里面發現大量的木炭,這說明大撞擊在陸地上誘發了大火。

以上是地質學家根據巖芯記錄推測的一天之內撞擊坑內的變化。我們也可以結合其他地方的地層記錄,推測這次撞擊之后地球的變化。

在小行星撞擊的瞬間,會造成巨大的地震,地震波將在一個小時內傳到地球每一個角落,效果可能相當于過去160年內地球上發生的地震在瞬間同時爆發。小行星帶來的大風速度可達將近每小時1000公里,伴隨著巨大的響聲,所到之處一片狼藉。而撞擊形成的濺射物,將會以極高的速度向外拋射,在距離撞擊中心500-1000公里的范圍內,濺射沉積物厚度仍在數厘米到數米之間。而高速運動的巖塊溫度很高,會引燃森林,造成更大的危害。可以說,在上千公里的范圍內,大部分生物會在數小時內死亡。而更細小的顆粒,飄得更遠,在接下來的數月至數年內,將會沉積到世界各地,形成一個全球規模的黏土層,記錄著這次大撞擊事件的信息,在6500萬年以后告訴人類地球上曾經發生的故事。

更恐怖的事情還在后面。撞擊區的原始地層主要是灰巖和石膏等,撞擊的高溫使灰巖和石膏分解成為數千億噸的二氧化碳和硫,釋放到大氣中。硫化物混在揚起的沙塵中,會更有效地遮蔽太陽光,且讓大氣酸化,導致地球降溫達20℃,光合作用近于停滯,動植物大都處于饑餓狀態,也許這才是這次大滅絕的主要原因,而不是撞擊。而沙塵沉下之后,大氣中高濃度的二氧化碳造成了長期的溫室效應,使地球溫度飆升。以上多種原因,致使地球上75%的物種滅絕,其中就包括恐龍。

學術爭議

小行星撞擊之前恐龍就衰落了嗎

現在,小行星撞擊導致恐龍滅絕這一觀點已經獲得了廣泛的認可,但撞擊事件到底對滅絕有多大的作用仍存在爭議。

一種觀點認為,在小行星撞擊之前的四千萬年前,恐龍已經在衰落了,恐龍的種類越來越少。造成恐龍衰落的原因有很多,比如火山噴發(同一時期,位于印度德干高原的火山在約100萬年內噴出5萬多平方公里、2公里厚的火山巖),海平面震蕩,超大陸裂解等。多方面的原因破壞了原來的生態系統,恐龍逐漸衰落。而外來的小行星只是最后的一擊。

但另外一種觀點認為,恐龍直到滅絕的最后一刻都是非常繁盛的,根本不存在衰落的問題,大撞擊是唯一的原因。之所以得出恐龍衰落的結論,是因為化石記錄不完整,很多化石沒有保存下來。而且直到最后,仍有恐龍的新物種源源不斷地出現,恐龍家族依舊繁盛。而德干高原的火山噴發,主要是在大撞擊之后,對恐龍滅絕沒有貢獻。




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