自然科普:揭秘恐龍滅絕之謎:小行星碰撞地球引發(fā)超級(jí)火山噴發(fā)
來(lái)源:新浪科技
發(fā)布時(shí)間:2019-12-13
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  6500萬(wàn)年前,一顆體積較大的小行星碰撞在尤卡坦半島??颂K魯伯地區(qū),隨后碰撞引發(fā)超級(jí)火山噴發(fā),導(dǎo)致地球氣候發(fā)生顯著變化,最終恐龍?jiān)谝贿B串的災(zāi)難中無(wú)法適應(yīng),最終走向了滅絕之路。

  據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道,目前,恐龍滅絕之謎現(xiàn)已揭曉,6500萬(wàn)年前,一顆體積較大的小行星碰撞在尤卡坦半島??颂K魯伯地區(qū),隨后碰撞引發(fā)超級(jí)火山噴發(fā),導(dǎo)致地球氣候發(fā)生顯著變化,最終恐龍?jiān)谝贿B串的災(zāi)難中無(wú)法適應(yīng),最終走向了滅絕之路。地球美國(guó)地質(zhì)學(xué)家沃爾特·阿爾瓦雷斯(Walter Alvarez)說(shuō):“理解我們?nèi)绾纹谱g巖石層中記錄的一個(gè)偉大歷史事件,就像該考古事件自身一樣有趣。”

  重要的巖石樣本

  古比奧古鎮(zhèn)建造在意大利翁布里亞地區(qū)英吉諾山脈斜坡位置,其保存完好的建筑結(jié)構(gòu)記錄了古羅馬輝煌的歷史。公元前2世紀(jì)-1世紀(jì)之間,伊特魯里亞人始建了這座古鎮(zhèn),羅馬時(shí)代、中世紀(jì)和文藝復(fù)興時(shí)期相繼建造了羅馬劇院、執(zhí)行官邸,各種教堂和噴泉,成為吸引游客前來(lái)參觀的著名古羅馬景點(diǎn)之一。

  然而,吸引美國(guó)年輕地質(zhì)學(xué)家沃爾特前往古比奧古鎮(zhèn)的并非古羅馬建筑,而是保存在城鎮(zhèn)外部巖石結(jié)構(gòu)中的自然歷史記錄。在古比奧古鎮(zhèn)外部存在著地質(zhì)學(xué)家夢(mèng)寐以求的東西——地球上最廣泛、最連續(xù)的石灰?guī)r層。

  當(dāng)?shù)厝藢⑽俗⒁獾姆凵懵稁r層命名為“Scaglia rossa”,它們位于山坡和峽谷地區(qū),“Scaglia”的意思是巖石薄片,指的是巖石很容易削成方形結(jié)構(gòu),用于建造房屋,例如:羅馬劇院,“rossa”指的是粉紅色。這個(gè)巨大的巖層是由許多層構(gòu)成,大約跨度400米,最早的歷史記錄可追溯至遠(yuǎn)古海底,該巖層記錄了地球5000萬(wàn)年發(fā)生的變化。

  長(zhǎng)期以來(lái),地質(zhì)學(xué)家一直使用化石識(shí)別來(lái)自世界各地的巖石記錄,沃爾特使用該策略研究古比奧古鎮(zhèn)周圍巖石結(jié)構(gòu)。在這種石灰?guī)r層中,他發(fā)現(xiàn)了微型生物的外殼化石,這種生物叫做有孔蟲(chóng)(foraminifera)。它們是一群?jiǎn)渭?xì)胞原生生物,只能用放大鏡才能觀看到,但是1厘米厚度的粘土中,他發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)石灰?guī)r層,根本沒(méi)有化石記錄。此外,在粘土層之下更古老的地質(zhì)層中,有孔蟲(chóng)化石廣泛存在著,并且其個(gè)頭比粘土層之上發(fā)現(xiàn)的化石樣本更大。無(wú)論他在古比奧古鎮(zhèn)任何地方進(jìn)行勘察,都發(fā)現(xiàn)一層薄粘土層上面和下面的有孔蟲(chóng)化石存在著大小差異。

  沃爾特對(duì)此感到迷惑不解,究竟發(fā)生了什么才導(dǎo)致有孔蟲(chóng)出現(xiàn)體形差異變化?這個(gè)過(guò)程發(fā)生得有多快?不存在有孔蟲(chóng)的薄粘土層代表了多長(zhǎng)的歷史時(shí)期?

  這些微型生物看似十分普通,1300英尺厚的巖層中1厘米厚的粘土層似乎也是微不足道的,但是這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)讓沃爾特獲得一個(gè)重大發(fā)現(xiàn),關(guān)于地球生命歷史的一個(gè)重要時(shí)期。

  K-T邊界

  從化石分布和其它地質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)看,古比奧巖層跨越了白堊紀(jì)和第三紀(jì)時(shí)期。這些地質(zhì)時(shí)期的命名源自早期地質(zhì)學(xué)家關(guān)于地球歷史上主要間隔時(shí)期的觀點(diǎn),以及標(biāo)記特定時(shí)間的一些特征。在一個(gè)時(shí)期劃分體系中,生命發(fā)展歷史被劃分為三個(gè)時(shí)代——古生代(“遠(yuǎn)古生命”,第一代動(dòng)物);中生代(“中期生命”,恐龍生活的時(shí)期)和新生代(“近代生命”,哺乳動(dòng)物生活的時(shí)期)。白堊紀(jì)是以白堊色巖層特征而命名,形成于中生代后三分之一時(shí)期。第三紀(jì)(曾被重新命名,并細(xì)分為早第三紀(jì)和新第三紀(jì)),開(kāi)始于6500萬(wàn)年前的白堊紀(jì)末期,結(jié)束于260萬(wàn)年前的第四紀(jì)初期。

  沃爾特和他的同事比爾·勞里(Bill Lowrie)用了幾年時(shí)間研究古比奧巖層結(jié)構(gòu),他們從第三紀(jì)巖層取樣,然后向下提取巖石樣片,直至白堊紀(jì)巖層。他們最初感興趣的是試圖將地球磁場(chǎng)逆轉(zhuǎn)與化石記錄聯(lián)系起來(lái),以此來(lái)破解地球歷史的時(shí)間尺度。他們學(xué)會(huì)了通過(guò)某些沉積層中的有孔蟲(chóng)特征分析,從而確定他們?cè)趲r層中的位置,并學(xué)會(huì)了識(shí)別白堊紀(jì)和第三紀(jì)巖層邊界。這個(gè)巖層邊界總是位于有孔蟲(chóng)體形顯著減小的位置,下面的巖層屬于白堊紀(jì)時(shí)期,上面的巖層屬于第三紀(jì)時(shí)期,位于兩個(gè)巖支之間的薄粘土層屬于K-T邊界(白堊紀(jì)-第三紀(jì)邊界)。

  距離古比奧古鎮(zhèn)1000公里處,是西班牙東南海岸卡拉瓦卡(Caravaca),荷蘭地質(zhì)學(xué)家簡(jiǎn)·斯米特(Jan Smit)注意到K-T邊界附近巖層中有孔蟲(chóng)的變化模式非常類似,他知道K-T邊界標(biāo)志著最著名的所有恐龍物種滅絕。當(dāng)時(shí),一位同事向沃爾特指出這個(gè)事實(shí),他對(duì)那些小型有孔蟲(chóng)化石和K-T邊界更感興趣。

  據(jù)悉,沃爾特對(duì)學(xué)術(shù)性地質(zhì)學(xué)比較陌生,在他獲得博士學(xué)位之后,他曾在利比亞一家跨國(guó)石油公司的勘探部門(mén)工作,一直工作到卡扎菲將所有美國(guó)人驅(qū)逐出境。他在磁極反轉(zhuǎn)方面的工作進(jìn)展得非常順利,但他意識(shí)到古比奧巖層中有孔蟲(chóng)的突然變化和K-T邊界出現(xiàn)的恐龍物種大滅絕事件是一個(gè)更大的未解謎團(tuán),他下定決心要揭開(kāi)其中的秘密。

  沃爾特希望揭曉其中的第一個(gè)問(wèn)題,很自然,就是那層薄粘土層需要多長(zhǎng)時(shí)間才能形成?要回答這個(gè)問(wèn)題,他也需要一些幫助。孩子們從父母那里學(xué)習(xí)科學(xué)項(xiàng)目是很普通的事情,但沃爾特的情況特殊一些,他是在30多歲時(shí),向自己父親請(qǐng)教學(xué)習(xí)了很多知識(shí)。

  從原子彈到宇宙射線

  沃爾特的父親是路易斯·阿爾瓦雷斯(Luis Alvarez),路易斯對(duì)地質(zhì)學(xué)或者古生物學(xué)了解甚少,但是他對(duì)物理學(xué)卻非常熟悉,他是美國(guó)核物理誕生和發(fā)展的核心人物。1936年,他在芝加哥大學(xué)獲得物理學(xué)博士學(xué)位,并在加州大學(xué)伯克利分校工作,師從恩尼斯特·勞倫斯(Ernest Lawrence),勞倫斯因發(fā)明粒子回旋加速器在1939年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

  路易斯在物理學(xué)領(lǐng)域的早期工作因第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)而中斷,在戰(zhàn)爭(zhēng)開(kāi)始的最初幾年里,他致力于雷達(dá)和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)研究,這些系統(tǒng)可以幫助飛機(jī)在能見(jiàn)度較低的情況下安全著陸。他因此獲得了科利爾獎(jiǎng)(Collier Trophy),這是航空領(lǐng)域最高榮譽(yù)獎(jiǎng),他開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了用于惡劣天氣著陸地面的控制進(jìn)場(chǎng)系統(tǒng)(GCA)。

  在戰(zhàn)爭(zhēng)中期,他被招募加入曼哈頓計(jì)劃(Manhattan Project),這是美國(guó)國(guó)家開(kāi)發(fā)核武器的最高機(jī)密項(xiàng)目,路易斯和他的學(xué)生勞倫斯·約翰斯頓(Lawrence Johnston)設(shè)計(jì)了炸彈引爆裝置。曼哈頓計(jì)劃負(fù)責(zé)人羅伯特·奧本海默(Robert Oppenheimer)隨后讓路易斯負(fù)責(zé)測(cè)量爆炸釋放的能量,路易斯是少數(shù)幾個(gè)親眼目睹最早兩次原子彈爆炸的人員之一。他以科學(xué)目擊者的身份飛達(dá)新墨西哥州沙漠進(jìn)行第一次原子彈試驗(yàn),隨后不久又飛往日本廣島。

  二戰(zhàn)之后,路易斯重返物理學(xué)研究,他發(fā)明了利用大型液氫氣泡室跟蹤分析粒子行為,1968年,他因在粒子物理學(xué)方面取得的成就獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

  這似乎是輝煌職業(yè)生涯的一個(gè)頂點(diǎn),但是幾年之后,他的兒子沃爾特來(lái)到了父親多年工作的加州大學(xué)伯克利分校,加入了該校地質(zhì)學(xué)系。使得這對(duì)父子倆有機(jī)會(huì)經(jīng)常談?wù)摽茖W(xué),有一天,沃爾特給父親一小塊拋光后的古比奧K-T邊界巖石樣本,并解釋了其中的秘密。那時(shí)路易斯已經(jīng)60多歲了,他被深深地吸引,并開(kāi)始思考如何幫助沃爾特解決這個(gè)問(wèn)題。他們開(kāi)始一起研討如何測(cè)量K-T邊界的變化速率,他們需要某種原子計(jì)時(shí)器。

  路易斯是放射性和衰變方面的專家,他首先建議測(cè)量K-T邊界粘土層中鈹-10(10Be)的豐度。宇宙射線對(duì)氧氣的作用使大氣層不斷產(chǎn)生這種同位素,粘土層存在時(shí)間越長(zhǎng),鈹-10存在的數(shù)量就越多。路易斯讓沃爾特與知道如何測(cè)量鈹-10豐度的物理學(xué)家取得聯(lián)系,但就在沃爾特開(kāi)始工作的時(shí)候,他發(fā)現(xiàn)公布的鈹-10的半衰期是錯(cuò)誤的,實(shí)際的半衰期更短,而經(jīng)歷6500萬(wàn)年,鈹-10殘留物將數(shù)量不足,無(wú)法進(jìn)行測(cè)量。幸運(yùn)的是,路易斯有另一個(gè)想法。

  空間塵埃

  路易斯記得隕石中鉑系元素含量是地殼中鉑元素含量的10000倍,他認(rèn)為,從外太空降落的塵埃平均而言應(yīng)該是恒速下降。因此,通過(guò)測(cè)量巖石樣本中太空塵埃(鉑元素)數(shù)量,就可以計(jì)算出它們形成了多長(zhǎng)時(shí)間。

  這些元素并不豐富,但是可以測(cè)量。沃爾特認(rèn)為,如果粘土層沉積了幾千年時(shí)間,它將包含可檢測(cè)到的鉑元素物質(zhì),但如果沉積得更快,它就不會(huì)有這些元素。

  路易斯認(rèn)為,銥(而不是鉑)是最好的測(cè)量元素,因?yàn)樗菀妆粰z測(cè)。同時(shí),他認(rèn)識(shí)了可以做這樣測(cè)量實(shí)驗(yàn)的物理學(xué)家——伯克利分校輻射實(shí)驗(yàn)室兩位核化學(xué)家弗蘭克·阿薩羅(Frank Asaro)和海倫·米歇爾(Helen Michel)。

  沃爾特對(duì)阿薩羅提供了一組來(lái)自古比奧巖層K-T邊界的巖石樣本,幾個(gè)月之后,他未獲得任何反饋信息。阿薩羅技術(shù)分析較慢,在此期間他的工作設(shè)備出現(xiàn)故障,并且他還需要進(jìn)行其他科研項(xiàng)目。

  9個(gè)月之后,沃爾特接到了父親的電話,阿薩羅想向他們展示研究結(jié)果。之前他們父子預(yù)期巖石樣本中銥含量為百億分之一,但實(shí)際上阿薩羅發(fā)現(xiàn)巖石樣本中銥含量為十億分之三,這比預(yù)期含量高30倍,并且比巖層中其它部分的含量更高。

  為什么這么薄的巖層中會(huì)有如此高含量的銥元素?

  在他們被推測(cè)數(shù)據(jù)搞得頭昏腦脹之前,最重要的是知道是否高含量銥元素在古比奧巖層中是一種異?,F(xiàn)象,還是一種普遍現(xiàn)象。沃爾特計(jì)劃到另一處裸露的K-T邊界巖層采樣,最后他來(lái)到了丹麥?zhǔn)锥几绫竟心喜縎tevns Klint地區(qū),他仔細(xì)研究了這里的粘土層,立即意識(shí)到粘土沉積時(shí),“丹麥海底發(fā)生了一些不愉快的事情”,丹麥海邊懸崖表面幾乎全是粉筆顏色的巖層,充滿著各種類型的生物化石。但是薄薄的K-T邊界粘土層卻是黑色的,充滿了硫磺氣味,里面只有魚(yú)骨化石。沃爾特推斷稱,這種“充滿魚(yú)類尸體的粘土層”沉積時(shí),當(dāng)時(shí)的海洋是一片“缺氧墓地”。隨后他采集了一些巖石樣本,并把它們交給了阿薩羅進(jìn)行分析。

  測(cè)量結(jié)果顯示,在丹麥“魚(yú)骨粘土層”中銥含量是背景巖層銥含量的160倍。沃爾特建議同事斯米特也在自己采集的粘土樣本中尋找銥元素,結(jié)果顯示,西班牙粘土樣本中也出現(xiàn)高含量銥元素,同時(shí),來(lái)自新西蘭K-T邊界的巖石樣本也是類似的結(jié)果,從而證實(shí)這一現(xiàn)象具有全球普遍性。

  在K-T邊界發(fā)生了一件非常不尋常、非常糟糕的事情,該時(shí)期巖石樣本中存在有孔蟲(chóng)、粘土、銥元素和恐龍,但這是為什么呢?

  它來(lái)自于外太空?

  沃爾特馬上得出結(jié)論,銥元素一定來(lái)自外太空。他們想到了超新星,超新星是一種恒星爆炸殘骸,它能夠?qū)⒆约簝?nèi)部元素像雨點(diǎn)一樣拋射至地球。這個(gè)觀點(diǎn)曾在古生物學(xué)和天體物理學(xué)領(lǐng)域中多次討論過(guò)。

  路易斯知道重元素通常產(chǎn)生于恒星爆炸,所以如果這個(gè)想法是正確的,那么在K-T邊界粘土層中除了銥元素之外,還會(huì)有其它數(shù)量異常的元素。測(cè)量的關(guān)鍵同位素是钚-244,它的半衰期為7500萬(wàn)年,它仍然存在于粘土層,但在普通地球巖石中已開(kāi)始衰變。嚴(yán)格的測(cè)試證實(shí)K-T邊界粘土層钚元素含量并未升高,起初這一結(jié)果令大家很失望,但他們?nèi)栽诶^續(xù)展開(kāi)研究分析。

  路易斯一直在思考可能導(dǎo)致全球范圍內(nèi)生物死亡的情況,他認(rèn)為,也許太陽(yáng)系穿過(guò)一個(gè)氣體云,太陽(yáng)變得了一顆新星,或者地球上的銥元素來(lái)自于木星。事實(shí)上,這些想法都站不住腳,缺乏可靠的證據(jù),加州大學(xué)伯克利分校天文學(xué)同事克里斯·麥克基(Chris McKee)表示,很可能是一顆小行星撞擊了地球。路易斯一開(kāi)始以為小行星碰撞地球只會(huì)造成海嘯事件,但他卻看不出來(lái)巨大的海嘯如何能殺死棲息在現(xiàn)今美國(guó)蒙大納州或者蒙古境內(nèi)的恐龍物種。

  之后他開(kāi)始思考1883年喀拉喀托火山(印度尼西亞的一座火山)爆發(fā)狀況,他回憶其他記錄資料顯示,大量的噴涌塵埃沖向大氣層,細(xì)小的塵埃顆粒則在地球環(huán)境中循環(huán),并在地球高空位置停留兩年或者更長(zhǎng)時(shí)間。路易斯還從核彈試驗(yàn)中掌握到,放射性物質(zhì)能夠在兩個(gè)半球之間快速中和,或者一次小行星撞擊地球事件產(chǎn)生的大量塵埃會(huì)在幾年時(shí)間內(nèi)將白天變成黑夜,冷卻地球并停止光合作用?

  如果是這樣的話,那么這顆碰撞小行星有多大?

  從粘土層中銥含量、球粒狀隕石中銥濃度以及地球表面積進(jìn)行綜合分析,路易斯計(jì)算這顆碰撞小行星的質(zhì)量大約是3000億噸。之后使用各種不同的方法進(jìn)行推測(cè),證實(shí)這顆小行星的直徑大約是10±4公里。

  相對(duì)于地球1.3萬(wàn)公里的直徑,這顆小行星的直徑并不大。但是需要考慮它碰撞地球產(chǎn)生的能量。這樣一顆小行星將以每秒25公里的速度進(jìn)入地球大氣層,它將在大氣層鑿開(kāi)了一個(gè)洞,直徑10公里,碰撞在地球表面產(chǎn)生相當(dāng)于1.08億噸TNT炸藥的能量。據(jù)悉,迄今最大的原子彈爆炸釋放的能量大約是100萬(wàn)噸TNT炸藥,這顆小行星碰撞地球產(chǎn)生的能量相當(dāng)于最大原子彈的100倍。同時(shí),碰撞坑將達(dá)到200公里直徑,深度達(dá)到40公里,大量的物質(zhì)會(huì)從碰撞坑中噴射出來(lái)。這支研究小組能夠想象到有孔蟲(chóng)和恐龍被殺死的場(chǎng)景。

  “地球煉獄”

  這顆小行星用大約1秒鐘的時(shí)間穿過(guò)地球大氣層,并將它前方的空氣加熱到太陽(yáng)溫度的數(shù)倍。撞擊之后小行星徹底粉碎,一個(gè)巨大的火球從碰撞地點(diǎn)向太空方向噴射而出,巖石顆粒甚至濺射至抵達(dá)月球一半的距離。巨大的沖擊波穿過(guò)基巖層,之后再反射至地球表面,將融化的基層噴射至大氣層邊緣以及更遠(yuǎn)的位置。第二顆火球從受到?jīng)_擊的石灰基巖壓力下噴發(fā)出來(lái),在幾百公里或者更大的半徑范圍內(nèi),生命形式完全被抹殺。在更遙遠(yuǎn)的地方,射入太空的物質(zhì)以極高的速度回落至地球,它們就像幾萬(wàn)億顆流星,在重返大氣層時(shí)被加熱,加熱空氣并引發(fā)大火,海嘯、山體滑坡和地震進(jìn)一步毀壞碰撞地點(diǎn)鄰近的地貌結(jié)構(gòu)。

  在世界其它地方,死亡會(huì)來(lái)得慢一些。小行星碰撞殘骸和煙塵擋住了太陽(yáng)光線,黑暗可能會(huì)持續(xù)幾個(gè)月時(shí)間。這將導(dǎo)致生物進(jìn)行光合作用,最基礎(chǔ)的食物鏈出現(xiàn)斷裂??茖W(xué)家對(duì)植物化石和花粉顆粒的分析表明,某些地區(qū)有一半或者更多的植物物種消失了。同時(shí),食物鏈更高一級(jí)的動(dòng)物也出現(xiàn)陸續(xù)死亡,K-T邊界不僅標(biāo)志著恐龍時(shí)代的終結(jié),也代表著箭石類生物、菊石類生物以及爬行類動(dòng)物滅絕。古生物學(xué)家評(píng)估稱,地球上一半以上的物種都在這次小行星碰撞災(zāi)難中滅絕,在陸地上,體重不超過(guò)25公斤的動(dòng)物才能勉強(qiáng)幸存下來(lái)。這一歷史事件代表著中生代的結(jié)束。

  撞擊坑在哪里?

  路易斯、沃爾特、弗蘭克·阿薩羅和海倫·米歇爾聚集在一起,共同研究分析這個(gè)完整的故事——古比奧有孔蟲(chóng)、銥元素異常、小行星碰撞理論,遠(yuǎn)古生的滅絕場(chǎng)景,這些數(shù)據(jù)資料發(fā)表在1980年6月出版的《自然》雜志,他們?cè)谖恼轮斜硎荆谖靼嘌缼r層的研究分析,使得他們獲得了令人的結(jié)論。

  然而,他們擔(dān)心科學(xué)界還未做好準(zhǔn)備接受小行星碰撞假說(shuō),他們有充分的理由擔(dān)憂。在過(guò)去的150年里,從現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)開(kāi)始,重點(diǎn)是一直處于漸變的一種力量。目前現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)正在“排擠”《圣經(jīng)》中的災(zāi)難故事,《圣經(jīng)》中講述的一些地球?yàn)?zāi)難性事件不僅令人不安,而且被認(rèn)為是不科學(xué)的。據(jù)悉,在小行星撞擊地球理論發(fā)表之前,科學(xué)家認(rèn)為恐龍滅絕消失通常是由于氣候或者食物鏈逐漸發(fā)生變化,導(dǎo)致恐龍物種難以適應(yīng),最終走向滅絕之路。

  一些地質(zhì)學(xué)家對(duì)這一災(zāi)難事件持藐視態(tài)度,甚至一些古生物學(xué)家根本不相信小行星撞擊理論。有人指出,在當(dāng)時(shí)的恐龍化石記錄中,最高的恐龍骨骼化石在3米之內(nèi),位于K-T邊界。一些人認(rèn)為,小行星撞擊地球時(shí)恐龍可能已經(jīng)滅絕消失,其他3位古生物學(xué)家則反駁稱,恐龍骨骼化石如此稀少,人們不應(yīng)該指望在K-T邊界就能找到它們。相反,他們認(rèn)為有孔蟲(chóng)和其它生物的豐富化石記錄更能說(shuō)明問(wèn)題,有孔蟲(chóng)和鸚鵡螺化石的確一直存在于K-T邊界。

  當(dāng)然,目前還有一個(gè)更大的問(wèn)題需要解釋:那個(gè)巨大的撞擊坑在地球哪里?對(duì)于懷疑論者和支持者而言,小行星撞擊假說(shuō)有一個(gè)明顯的弱點(diǎn),因此如果撞擊坑存在的話,他們就會(huì)繼續(xù)尋找撞擊區(qū)。

  地球上僅有3個(gè)直徑超過(guò)100公里的隕坑,但是它們形成時(shí)期均與恐龍滅絕時(shí)期不符。如果這顆小行星碰撞在海洋(畢竟海洋覆蓋了地球表面三分之二以上面積),那么搜尋人員可能就沒(méi)有那么幸運(yùn)了。深海區(qū)域如果未被很好地繪制出來(lái),在構(gòu)造板塊不斷運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,前第三紀(jì)海底很大一部分已經(jīng)被吞噬進(jìn)了深層地球。

  在小行星撞擊理論提出之后的10年里,科學(xué)家對(duì)許多線索和軌跡進(jìn)行了研究分析,但多數(shù)以失敗告終。隨著失敗實(shí)驗(yàn)的逐漸增多,沃爾特開(kāi)始相信小行星撞擊實(shí)際上是在海洋上發(fā)生的。

  科學(xué)家在德克薩斯州的河床中發(fā)現(xiàn)一條重大線索,布拉索斯河流入墨西哥灣,河床沙正在處于K-T邊界。當(dāng)?shù)刭|(zhì)學(xué)家仔細(xì)檢查河床沉積物模式之后,發(fā)現(xiàn)河床特征只能用超過(guò)100米的巨大海嘯進(jìn)行解釋。此外,與海嘯殘骸混雜在一起的還有玻隕石(tektites)——一些小塊晶體巖石,它們是以熔融的巖石顆粒形式從撞擊坑中噴射出來(lái),然后像雨點(diǎn)一般回落地球時(shí)冷卻下來(lái)。

  許多科學(xué)家仍在尋找具體的小行星撞擊位置,亞利桑那大學(xué)研究生艾倫·希爾德布蘭德(Alan Hildebrand)是最執(zhí)著的研究員之一。他推斷稱,布拉索斯河的海嘯河就要是小行星撞擊坑所在位置的關(guān)鍵線索——它位于墨西哥灣或者加勒比海。他查看了可用地圖,觀察是否周圍還有潛在的隕石撞擊坑。他在哥倫比亞北部的海底地圖上發(fā)現(xiàn)一些圓形結(jié)構(gòu),他還了解到一些圓形結(jié)構(gòu)存在著“重力異?!?,在墨西哥尤卡坦半島海岸海底圓形結(jié)構(gòu)較為集中。

  艾倫還在繼續(xù)尋找其他任何潛在的重要線索,他發(fā)現(xiàn)一份研究報(bào)告中記錄了海地晚白堊紀(jì)巖層中存在玻隕石,隨后他立即拜訪了發(fā)布該報(bào)告的實(shí)驗(yàn)室,并識(shí)別出這些物質(zhì)就是撞擊形成的玻隕石。之后他來(lái)到了海地,發(fā)現(xiàn)那里沉積物中含有大量的玻隕石,以及令人震驚的石英顆?!@是小行星撞擊的另一個(gè)顯著特征。他和他的研究生導(dǎo)師威廉·博因頓(William Boynton)推測(cè)稱,這個(gè)小行星撞擊坑距離海地不足1000公里。

  當(dāng)艾倫和威廉在一次新聞發(fā)布會(huì)上公布他們的發(fā)現(xiàn)時(shí),《休斯頓紀(jì)事報(bào)》記者卡洛斯·拜亞爾斯(Carlos Byars)聯(lián)系了他們,卡洛斯表示,為墨西哥石油公司(PEMEX)工作的地質(zhì)學(xué)家可能多年之前就已發(fā)現(xiàn)這個(gè)撞擊坑,地質(zhì)學(xué)家格倫·彭菲爾德(Glen Penfield)和安東尼奧·卡馬爾戈(Antonio Camargo)曾研究了尤卡坦半島海底的圓形重力異?,F(xiàn)象。但是墨西哥石油公司不允許他們發(fā)布公司數(shù)據(jù),他們?cè)?981年一次會(huì)議上(就在沃爾特提出小行星撞擊理論的一年之后),提出繪制的遠(yuǎn)古海底特征很可能是一個(gè)隕石坑,格倫甚至寫(xiě)信給沃爾特,并詳細(xì)說(shuō)明了自己的觀點(diǎn)。

  1991年,這幾位研究人員正式提出,尤卡坦半島??颂K魯伯村地下0.8公里深處存在一個(gè)直徑180公里的隕石坑(幾乎與沃爾特研究團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)的直徑大小完全一致)是人們長(zhǎng)期以來(lái)尋找的K-T邊界小行星撞擊隕石坑。

  為了確定??颂K魯伯隕坑是否具有“確鑿證據(jù)”,仍有一些關(guān)鍵性測(cè)試需要做。另一重要問(wèn)題是巖石的年齡,這并不是一項(xiàng)容易確定的任務(wù),因?yàn)殡E石坑被掩埋在地下,最好的方法是測(cè)試幾十年前墨西哥石油公司在該地區(qū)鉆探井的巖心樣本。最初大家擔(dān)心所有的巖心樣本都在倉(cāng)庫(kù)火災(zāi)中被毀壞,但最終他們還是找到了,被撞擊融化的巖石樣本可以被許多實(shí)驗(yàn)室確定準(zhǔn)確形成年代。結(jié)果令人非常震驚,一個(gè)實(shí)驗(yàn)室獲得的數(shù)據(jù)是6498+5萬(wàn)年,另一個(gè)實(shí)驗(yàn)室獲得的數(shù)據(jù)是6520+4萬(wàn)年,該數(shù)據(jù)準(zhǔn)確無(wú)誤,證實(shí)撞擊融化的巖石和K-T邊界一樣古老。

  海地發(fā)現(xiàn)的玻隕石也可以追溯至這個(gè)年代,因?yàn)閺男⌒行亲矒糁袊娚涑鰜?lái)的物質(zhì)沉積也是這樣的。詳細(xì)的化學(xué)分析表明,??颂K魯伯熔融巖中含有大量銥,它和海地的鐵鈦礦是相同來(lái)源。此外,海地玻隕石含水量非常低,內(nèi)部氣壓接近零,說(shuō)明該晶體在大氣層外的彈道飛行中已凝固。

  在十多年的時(shí)間里,這個(gè)最初看似激進(jìn)、在某些人看來(lái)古怪的想法,得到了各種間接證據(jù)的支持,并最終獲得了直接證據(jù)的證實(shí)。地質(zhì)學(xué)家隨后確定了覆蓋尤卡坦半島大部分地區(qū)的噴射物質(zhì),它們分別沉積在全球100多個(gè)K-T邊界區(qū)域。目前,我們知道地球生命進(jìn)化歷程并非像之前科學(xué)家所預(yù)想的那樣穩(wěn)步發(fā)展。

  發(fā)現(xiàn)這個(gè)巨大的隕石坑,雖然是小行星撞擊理論的一大進(jìn)步,但對(duì)沃爾特而言是苦樂(lè)參半。他的父親路易斯·沃爾特于1988年去世,就在發(fā)現(xiàn)??颂K魯伯隕坑之前。

  一次重創(chuàng)還是兩次重創(chuàng)?

  小行星撞擊地球的發(fā)現(xiàn)促使科學(xué)家對(duì)其它物種的滅絕是否也是該因素造成產(chǎn)生了置疑,并進(jìn)行了廣泛性研究。在地球過(guò)去的5億年里,其他四次物種大滅絕事件似乎都不是由于小行星撞擊引起的。但是同一時(shí)期會(huì)有大量的小行星或者彗星碰撞地球,盡管它們沒(méi)有6500萬(wàn)年前形成??颂K魯伯隕坑的小行星那樣大,由于大多數(shù)小行星撞擊事件不會(huì)導(dǎo)致地球物種滅絕,而且地球大多數(shù)物種滅絕事件也不是由于小行星撞擊引發(fā)的。因此人們會(huì)問(wèn):為什么K-T小行星如此具有毀滅性?

  一些科學(xué)家提出,小行星撞擊地點(diǎn)非常重要。被汽化的目標(biāo)巖石包含大量石膏,它釋放出大量硫磺氣溶膠,這些氣溶膠可能加劇了太陽(yáng)光線的阻擋,同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量酸雨,從而改變水域大小和土壤成分。此外,小行星撞擊還釋放大量的氯,足以破壞現(xiàn)今的臭氧層。

  但是其他證據(jù)表明,在K-T撞擊之前,持續(xù)一段時(shí)間的大規(guī)模火山噴發(fā)可能已經(jīng)使地球生態(tài)系統(tǒng)變得十分脆弱?,F(xiàn)今印度西部的“德干地盾(Deccan Traps)”能夠證明在K-T小行星碰撞之前的幾十萬(wàn)年里,大量的二氧化碳和二氧化硫已進(jìn)入地球大氣層。事實(shí)上,多年以來(lái),一些科學(xué)家一直在爭(zhēng)論德干地盾的超級(jí)火山噴發(fā)還是K-T小行星撞擊效應(yīng),是導(dǎo)致恐龍物種大滅絕的主要原因。

  由于這兩個(gè)事件發(fā)生的時(shí)間重疊巧合,科學(xué)家普遍認(rèn)為K-T小行星碰撞是導(dǎo)致恐龍滅絕的主因,但是最新地質(zhì)學(xué)證據(jù)可能中和了兩種觀點(diǎn)。目前看來(lái),最大的德干超級(jí)火山噴發(fā)發(fā)生在小行星撞擊的時(shí)間附近,這使得一些科學(xué)家認(rèn)為,小行星撞擊地球地幔所產(chǎn)生的地震效應(yīng)可能足以引發(fā)改變氣候的火山噴發(fā)事件,在這種情況下,小行星碰撞是“第一擊”,而隨后的超級(jí)火山噴發(fā)則是導(dǎo)致恐龍滅絕的“致命一擊”。(葉傾城)

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