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恐龍滅絕場(chǎng)景藝術(shù)圖。（圖片來源：CLAUS LUNAU/SCIENCE SOURCE） 6600萬年前，一顆小行星撞向地球，引發(fā)持續(xù)數(shù)千年的氣候?yàn)?zāi)變，所有的非鳥恐龍?jiān)诤渑c饑餓中死去。這個(gè)“小行星撞擊學(xué)說”，是我們最熟悉的恐龍滅絕假說。但是，真實(shí)的故事遠(yuǎn)沒有如此簡(jiǎn)單。剛剛發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的兩項(xiàng)研究告訴我們，印度德干的超級(jí)火山噴發(fā)也是恐龍滅絕的重要推手。然而，隨之而來的，是一場(chǎng)全新的爭(zhēng)論…… 撰文 | 吳非 6600萬年前的白堊紀(jì)末期，一塊直徑至少10千米的小行星碎片穿透大氣層，在墨西哥猶加敦半島砸出一個(gè)直徑達(dá)180千米的隕石坑。這次能量相當(dāng)于100萬億噸TNT當(dāng)量的撞擊讓北美的生物迅速死亡，并引發(fā)海嘯與超級(jí)地震。隨之揚(yáng)起的火山灰與二氧化硫（SO2）讓陽(yáng)光難以抵達(dá)地球，地球進(jìn)入漫長(zhǎng)的寒冬，生態(tài)系統(tǒng)陷入崩潰。很快，包括所有非鳥恐龍?jiān)趦?nèi)，地球上75%的物種滅絕，以恐龍為代表的中生代爬行生物偏居一隅，而曾經(jīng)在角落中掙扎的哺乳動(dòng)物從此站上地球舞臺(tái)的中心。 這段描述，是我們最熟悉的恐龍滅絕場(chǎng)景。1980年，地質(zhì)學(xué)家發(fā)現(xiàn)，常見于小行星的稀有金屬銥在白堊紀(jì)末期大量出現(xiàn)，這讓撞擊理論開始進(jìn)入科學(xué)家的視線。到了上世紀(jì)90年代，尤卡坦半島的?？颂K魯伯隕石坑被發(fā)現(xiàn)后，科學(xué)界終于達(dá)成共識(shí)：大約6600萬年前，一顆足以造成生物大滅絕的小行星光臨了地球。“小行星撞擊導(dǎo)致恐龍滅絕”的故事也迅速流行起來。 希克蘇魯伯隕石坑輪廓圖。圖片來源：（DETLEV VAN RAVENSWAAY/SCIENCE SOURCE） 但在這個(gè)看似偶然的撞擊事件背后，是地質(zhì)學(xué)界持續(xù)至今的一場(chǎng)爭(zhēng)論?？铸垳缃^，就是一顆小行星這么簡(jiǎn)單嗎？ 德干火山 爭(zhēng)論的焦點(diǎn)，遠(yuǎn)在地球的另一側(cè)。德干地盾，位于印度西部的德干高原，由面積50萬平方千米、厚度超過2千米的玄武巖組成。這些暗黑色的巖體，源自一系列超級(jí)火山噴發(fā)。熔巖在地表冷卻后，經(jīng)過一系列地質(zhì)過程，演變成今天的玄武巖。當(dāng)科學(xué)家盡可能精確地測(cè)出這些巖石的年齡時(shí)，一個(gè)驚人的巧合浮出水面：那次規(guī)模驚人的火山噴發(fā)，恰巧發(fā)生在大約6600萬年前！ 德干地盾。（圖片來源：Nicholas/Wikipedia） 兩個(gè)史詩(shī)級(jí)的地質(zhì)災(zāi)難，恰好幾乎同時(shí)出現(xiàn)在恐龍時(shí)代的尾聲。誰才是恐龍滅絕的主要推手？這兩次災(zāi)難之間，是否存在內(nèi)在關(guān)聯(lián)？ 要復(fù)原恐龍末日的場(chǎng)景，僅僅精確到“大約6600萬年前”還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?？茖W(xué)家必須找出火山噴發(fā)與小行星撞擊之間準(zhǔn)確的時(shí)間關(guān)系。這個(gè)問題看似簡(jiǎn)單：科學(xué)家只需要從德干地盾的巖石記錄中找到小行星撞擊的位置、火山噴發(fā)起始與結(jié)束的位置，再通過發(fā)展多年的定年技術(shù)，測(cè)定這些事件的年代。 不過，問題就在這里：在實(shí)際操作中，無論是精準(zhǔn)定年還是尋找撞擊點(diǎn)，都充滿了挑戰(zhàn)。在最新一期的《科學(xué)》雜志中，人們期待已久的突破終于出現(xiàn)。對(duì)于關(guān)心恐龍命運(yùn)的吃瓜群眾來說，有一個(gè)好消息和一個(gè)壞消息：好消息是，一次性出現(xiàn)了兩篇突破性的論文；而壞消息是，這兩項(xiàng)研究的結(jié)論存在不小的分歧。 這兩項(xiàng)研究分別來自Courtney Sprain領(lǐng)導(dǎo)的加州大學(xué)伯克利分校團(tuán)隊(duì)，以及以Blair Schoene為首的普林斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)。兩支研究團(tuán)隊(duì)通過對(duì)德干地盾地質(zhì)記錄的研究，分別重建了6600萬年前的恐龍滅絕場(chǎng)景。 兩個(gè)故事 讓我們首先進(jìn)入伯克利團(tuán)隊(duì)描繪的恐龍末日。 那是6605.2萬年前，這時(shí)德干高原的火山已經(jīng)持續(xù)穩(wěn)定地噴發(fā)了40萬年，而全球氣溫在升高5℃后又降回原點(diǎn)。滾熱的熔巖早已覆蓋了德干高原，勾勒出一片廣袤的生命禁區(qū)。對(duì)生活在全球其他區(qū)域的恐龍來說，雖說尚且談不上滅頂之災(zāi)，但氣候的反復(fù)變化讓生態(tài)系統(tǒng)變得脆弱，這也為隨后的事件埋下伏筆。 圖片來源：José-Luis Olivares/MIT 小行星來了。突如其來的小行星撞向尤卡坦半島，噴濺物索取了北美所有生物的性命。而后，火山灰與二氧化硫進(jìn)入大氣層，阻止陽(yáng)光射向地面。短短幾十年，氣溫下降了2~4℃，地球也進(jìn)入了長(zhǎng)達(dá)數(shù)千年的漫長(zhǎng)冬季。氣溫的急劇變化與光照的減弱，讓本就脆弱的生態(tài)系統(tǒng)舉步維艱。 小行星撞擊的另一個(gè)后果，是一場(chǎng)里氏10級(jí)的超級(jí)地震。雖然我們難以復(fù)原板塊斷裂的全部過程，但研究團(tuán)隊(duì)推斷，不久之后，受全球超級(jí)地震的擾動(dòng)，德干火山的噴發(fā)加劇。在撞擊后的60萬年間，德干火山的噴發(fā)量是小行星撞擊前的3倍之多。隨之釋放的溫室氣體讓地球再次進(jìn)入漫長(zhǎng)的升溫模式。就這樣，在冰與火的交替之間，火山完成對(duì)恐龍的致命一擊。 而在普林斯頓團(tuán)隊(duì)的故事中，小行星撞擊發(fā)生在6601.6萬年前——與伯克利團(tuán)隊(duì)測(cè)定的時(shí)間幾乎一致。同樣在撞擊前40萬年，德干的火山噴發(fā)拉開了序幕。不過，不同于上一個(gè)故事中持續(xù)100萬年的穩(wěn)定噴發(fā)，Schoene認(rèn)為火山噴發(fā)包含了4個(gè)活躍期；而在兩次活躍期之間，是長(zhǎng)達(dá)10萬年的間歇期。有趣的是，噴發(fā)最劇烈的第2個(gè)活躍期出現(xiàn)在撞擊之前，而小行星撞擊則是落在間歇期！ Schoene論文中火山噴發(fā)的4個(gè)活躍期 我們很容易得出兩個(gè)結(jié)論：1.早在小行星撞擊之前，構(gòu)成德干地盾的大部分巖漿已經(jīng)噴出地表，因此火山對(duì)生物的影響也主要體現(xiàn)在撞擊之前；2.撞擊沒有影響德干火山的噴發(fā)——撞擊事件后，德干火山依然處于“熄火”狀態(tài)。 因此，在Schoene的故事中，火山噴發(fā)與小行星撞擊，看上去更像是一個(gè)驚人的巧合——兩個(gè)沒有任何聯(lián)系，但都足以對(duì)恐龍?jiān)斐蓺缧源驌舻氖录?，恰巧幾乎在同一時(shí)間發(fā)生。于是，在雙重打擊之下，恐龍陷入萬劫不復(fù)。 漏洞在哪？ 在這兩個(gè)恐龍滅絕的故事中，德干地盾的火山都扮演著重要的角色。但對(duì)其與小行星撞擊的聯(lián)系，卻有著截然不同的解讀。為什么對(duì)同一地區(qū)、同一時(shí)間的研究，出現(xiàn)了如此差異？其中的關(guān)鍵在于，兩項(xiàng)研究采用了不同的研究方法。 在地學(xué)研究中，年代測(cè)定依照的是放射性同位素的衰變——經(jīng)過特定的半衰期，放射性同位素衰減一半。理論而言，不同的同位素體系，應(yīng)該得出一致的結(jié)論。但在實(shí)際操作中，由于定年材料的不同、精確度的差異等因素，即使盡可能保證取樣與操作的準(zhǔn)確、進(jìn)行誤差校正，也往往產(chǎn)生不同的結(jié)果。 對(duì)于6000多萬年前的白堊紀(jì)末期，兩種最常使用的定年手段——Schoene團(tuán)隊(duì)采用的鈾-鉛定年，以及Sprain團(tuán)隊(duì)的氬/氬定年，就存在這樣的問題。 兩位通訊作者在稱贊對(duì)方工作的同時(shí)也都指出，對(duì)方的研究中存在明顯的漏洞。在Schoene看來，他們的優(yōu)勢(shì)在于，鈾-鉛定年比氬/氬定年精度更高。他們對(duì)德干火山噴發(fā)階段的剖析，正是高精度的表現(xiàn)。此外，Sprain團(tuán)隊(duì)測(cè)定的對(duì)象（斜長(zhǎng)石）在巖漿噴出地表之前就已經(jīng)結(jié)晶成形，時(shí)間上的誤差在所難免。 而在另一邊，伯克利的Sprain將矛頭指向測(cè)定對(duì)象的代表性。Sprain寫道，他們使用的斜長(zhǎng)石完全源自火山噴發(fā)，因此完全反映了火山噴發(fā)事件；而對(duì)方測(cè)定的鋯石可能形成于噴發(fā)過程，但也可能形成于非噴發(fā)期的沉積過程，這可能是誤差的重要來源。 在這兩個(gè)故事中，哪一個(gè)才是更接近真相的？還是說，所有人都還沒有接近真相？看來，關(guān)于恐龍滅絕的完整過程，這些地質(zhì)學(xué)家還要再爭(zhēng)論一陣子了。 原始論文： Pb constraints on pulsed eruption of the Deccan Traps across the end-Cretaceous mass extinction. DOI: 10.1126/science.aau2422 The eruptive tempo of Deccan volcanism in relation to the Cretaceous-Paleogene boundary. DOI: 10.1126/science.aav1446 《萬物》2019年2月刊現(xiàn)已上市 |
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