隕石的氣候變化故事

2013年10月18日，烏克蘭天文學家宣布，他們觀測到一顆直徑約為410m的小行星，并且該小行星有六萬分之一的可能性在2032年8月26日和地球發(fā)生相撞。這個報道不禁讓人們回想起8個月前的2月15日上午，一顆隕星墜落在俄羅斯中部烏拉爾地區(qū)的駭人情景。此次天文事件直接造成包括200名兒童在內(nèi)的近千人受傷，并導致近300棟住宅樓、10余所中小學校、一批工業(yè)企業(yè)和社會設施受損。

據(jù)科學家事后追蹤分析，一顆直徑超過2m，重量超過10噸的不知名行星是造成此次災害的罪魁禍首。它以15km/s的超高速度沖進地球，在與地球大氣層高速摩擦后發(fā)生劇烈燃燒，在1000多℃的高溫下解體破碎，其殘骸，就是隕石，分散砸落到俄羅斯境內(nèi)，形成了一場壯觀但是可怕的隕石雨（圖1）。

從天文學角度看，在茫茫宇宙中，人類賴以生存的地球只是一顆極為普通的星球，與其他天體發(fā)生碰撞也是極為平常的事。在地球45億多年的生命史上，她經(jīng)受過無數(shù)次大小不一隕石和小行星的撞擊。據(jù)天文學家估算，墜落體積大小類似俄羅斯隕星的事件在地球上大約5年發(fā)生一次，且絕大多數(shù)隕星墜落在人跡罕至的地區(qū)。而大約每1000年會有一顆直徑100m左右的隕星撞擊地球，直徑10km級的隕星撞擊則大約每隔1億年會發(fā)生一次。

科學家認為，外來天體的撞擊不但在地球的起源和演化過程中發(fā)揮了重要作用，更重要的是，這些隕星、彗星、小行星等不同大小天體本身攜帶的各種化學物質(zhì)，以及在撞擊過程中高溫高壓物理化學反應過程，直接影響著地球生命的出現(xiàn)和生物演化進程。

長期以來就有一種科學理論認為，6600萬年前地球生物史上最嚴重的滅絕事件就是隕石撞擊所導致的。科學家根據(jù)該理論通過計算機模擬發(fā)現(xiàn)，該次生物滅絕事件是由一個10km級規(guī)模的隕星撞擊引發(fā)的。這顆隕星撞擊到現(xiàn)在的墨西哥尤卡坦半島附近，所揚起的巨量塵埃被拋入大氣，在大氣環(huán)流的帶動下，遮蔽全球天空長達數(shù)十年，使地球氣候從適合恐龍等大型動物生存的溫濕環(huán)境，快速進入到冰河期。此次事件不但使大約70%的生物物種消失，更導致恐龍等巨型生物的滅絕。而值得人類慶幸的是，正是此次事件為人類的出現(xiàn)提供了可能。

近年來，一些科學家認為天外星體除了對地球生物的湮滅和出現(xiàn)起到關鍵性作用，還可能對地球氣候變化有重大影響。天文學發(fā)現(xiàn)表明，30億年前，太空中曾經(jīng)發(fā)生過一次行星大爆炸，爆炸后在太空中形成了由不同大小隕石組成的隕石帶。當太陽在銀河中繞行穿越這條帶時，受到隕石撞擊的可能性就會大大增加。科學分析發(fā)現(xiàn)，地球冰期出現(xiàn)的周期大約在2.5至3億年左右，這與太陽繞銀河的周期2.25至2.5億年大致重合。因此，科學家推論，地球在某些時期會受到更頻繁的隕石撞擊，是導致地球氣候變化的原因之一。但是，這個科學猜測一直缺乏確切的證據(jù)來證明。

最近，瑞典科學家提出了新思路。這些科學家注意到對大部分隕石而言，在進入大氣層后，或者燃燒消失，或者在撞擊地面形成撞擊坑。落到沙漠地區(qū)的隕石，通常會在23萬年內(nèi)分解完畢。在多雨地區(qū)，這種分解會更快。因此，要了解地球歷史上發(fā)生的天文事件，科學家?guī)缀醪豢赡苷业皆茧E石來恢復足夠的證據(jù)。但幸運的是，雖然落入到地球不同地區(qū)大塊的隕石會分解，但他們都會留下只有沙粒大小的微小天外來客-尖晶石。由于這些尖晶石可以承受地球表面最嚴酷的天氣和化學變化，因此，他們保留了其“母親”隕石的信息。而通過對尖晶石進行化學和同位素分析，不但可以知道它來自于什么類型的隕石，還可以揭示隕石墜落時的速率和時間。

雖然科學家對尖晶石的研究已經(jīng)有幾十年的歷史，但通過尖晶石研究地球氣候變化歷史仍然是一個相當新的概念。目前，提出這個概念的瑞典科學家施密茨正在全球范圍收集含有尖晶石的石灰?guī)r，并希望在瑞典隆德大學由他特別設計的實驗室，通過將這些巖石用酸溶解后提取出尖晶石。我們期待著科學家們能夠盡快從尖晶石的研究中，了解和掌握地球氣候變化的歷史，為人類應對防范氣候變化提供新的科學依據(jù)。

葉謙，博士，曾任中國氣象科學研究院兼職研究員、中國氣象局華風影視集團高級顧問、世界氣象組織北京2008年奧運會預報演示項目社會經(jīng)濟影響評價課題首席科學家。現(xiàn)任國際全球環(huán)境變化人文影響中國委員會（CNC-IHDP）副秘書長、國際全球環(huán)境變化人文影響計劃（IHDP）主任特別顧問，IHDP核心計劃綜合風險防范計劃執(zhí)行主任。研究領域包括：衛(wèi)星氣候學、氣候變化的社會經(jīng)濟影響及全球變化等。