恐龍滅絕的新細(xì)節(jié)

在6600萬年前的白堊紀(jì)-古近紀(jì)生物大滅絕事件中，包括非鳥恐龍類在內(nèi)，地球上大約3/4的物種滅絕了。自20世紀(jì)80年代小行星撞擊說被提出以來，科學(xué)家陸續(xù)發(fā)現(xiàn)了可以解釋這些物種滅絕原因的證據(jù)，特別是墨西哥尤卡坦半島上希克蘇魯伯隕石坑的發(fā)現(xiàn)，為進(jìn)一步研究撞擊事件和物種滅絕過程提供了參考。

6600萬年前，一顆直徑10～15千米的小行星以每秒近20千米的速度撞擊了墨西哥尤卡坦半島，并撞出了一個(gè)180千米寬的大坑。撞擊釋放出巨大的能量，給當(dāng)時(shí)統(tǒng)治地球的恐龍以致命一擊。

關(guān)于物種大滅絕的基本過程，科學(xué)界一般認(rèn)為是希克蘇魯伯撞擊后產(chǎn)生的物質(zhì)噴射至大氣層，從而導(dǎo)致全球氣候驟變，溫度大幅降低致使大量生物無法生存。但究竟哪些物質(zhì)導(dǎo)致了氣候的驟變，具體細(xì)節(jié)如何，這些問題在科學(xué)界仍然存在爭議。

最近，比利時(shí)皇家天文臺(tái)、布魯塞爾自由大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員通過分析沉積數(shù)據(jù)，模擬了當(dāng)時(shí)的氣候變化，認(rèn)為硅酸鹽粉塵在這一危機(jī)中扮演著重要的角色。這些尺寸在0.8～8微米的粉塵微粒形成巨大的塵埃云團(tuán)后升入平流層，隨后散布全球，遮天蔽日，長期阻礙光合有效輻射。疊加撞擊后形成的含硫氣體和大火燒出的煙塵等物質(zhì)的降溫效應(yīng)，可能造成了這次物種滅絕的災(zāi)難。

“我們的研究清楚地表明，硫和煙的影響此前可能被高估了，而微細(xì)粉塵的影響可能被低估了。”參與這項(xiàng)研究的布魯塞爾自由大學(xué)教授菲利普·克萊斯說：“我們強(qiáng)烈主張后者是造成本次物種滅絕的主要原因。”

模擬數(shù)據(jù)表明，撞擊發(fā)生后硅酸鹽粉塵的噴射量最大，而且這些粉塵和煙塵可以在大氣中懸浮15年之久。相較而言，含硫氣體雖然也會(huì)遮擋陽光，使地球溫度降低，但其沉降速度快，在大氣中只會(huì)停留近8年。由此綜合來看，希克蘇魯伯撞擊后，可能是硅酸鹽粉塵對大氣長達(dá)15年的干擾而對當(dāng)時(shí)的氣候造成影響。

相關(guān)研究于2023年11月發(fā)表在《自然地球科學(xué)》。希克蘇魯伯撞擊后，地表溫度平均下降了近25攝氏度，導(dǎo)致地球進(jìn)入了無盡的“寒冬”，而地表溫度若要恢復(fù)如初，可能需要近20年。更為致命的是，受大量粉塵的影響，光合作用的恢復(fù)也需要大約兩年，在此期間，暗無天日的陰冷環(huán)境會(huì)造成食物的匱乏，不能長期適應(yīng)這種環(huán)境的物種會(huì)因此滅絕。

許多最新的發(fā)現(xiàn)也得到了古生物學(xué)研究的印證。例如，研究表明最早恢復(fù)光合作用的是南半球，這與南半球生物滅絕水平更低，生機(jī)更早恢復(fù)的證據(jù)是一致的。不過，未來仍需要在全球不同地方研究相關(guān)地層的記錄才能更好地了解各地區(qū)生物滅絕和恢復(fù)的差異，從而更好地評估這次滅絕事件的影響。

目前研究分析的沉積樣本來自美國北達(dá)科他州塔尼斯的化石遺址，屬于陸地上的白堊紀(jì)-古近紀(jì)界線沉積物，這個(gè)地方距離希克蘇魯伯隕石坑約3000千米。6600萬年前，當(dāng)小行星撞擊尤卡坦半島時(shí)釋放出大量的能量，與此同時(shí)，熔化的球體和礦物碎屑像炮彈一樣射出坑外，落在遠(yuǎn)處，隨后與大氣沉降的粉塵、煙塵等物質(zhì)一起沉積在巖層中。

1980年，已獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的加州大學(xué)伯克利分校榮休教授路易斯·阿爾瓦雷斯和兒子沃爾特·阿爾瓦雷斯等人發(fā)現(xiàn)，在意大利、丹麥和新西蘭等地的一些深海石灰?guī)r中，銥含量比白堊紀(jì)-古近紀(jì)生物大滅絕前的基準(zhǔn)值要多出幾十甚至上百倍，他們推測這些銥來自外星球而非地殼。

沃爾特·阿爾瓦雷斯當(dāng)時(shí)是加州大學(xué)伯克利分校地質(zhì)與地球物理系副教授，他們一起在《科學(xué)》雜志上發(fā)表文章，提出了小行星撞擊地球?qū)е掳讏准o(jì)-古近紀(jì)生物大滅絕的假說。按照當(dāng)時(shí)的分析，一顆巨大的小行星在撞擊地球后，會(huì)將60倍于自身質(zhì)量的巖石以粉末的形式注入大氣層，隨后順著平流層飄至全球，抑制光合作用，造成生物滅絕。

最新的研究進(jìn)一步佐證了有關(guān)粉塵的解釋，否定了早先關(guān)于硫的危害更關(guān)鍵的說法。參與最新研究的菲利普·克萊斯同時(shí)是地質(zhì)學(xué)家、行星科學(xué)家和天體化學(xué)家，現(xiàn)為布魯塞爾自由大學(xué)考古學(xué)、環(huán)境變化和地球化學(xué)研究中心的教授。20世紀(jì)90年代初，他在加州大學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)就與沃爾特·阿爾瓦雷斯合作開展了針對該領(lǐng)域的研究。

值得注意的是，2022年9月，達(dá)特茅斯學(xué)院、普林斯頓大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員通過分析大火成巖省和古生物數(shù)據(jù)，認(rèn)為火山活動(dòng)可能是地球歷史上五次生物大滅絕的主要驅(qū)動(dòng)因素。理由是從地質(zhì)時(shí)間線上看，大火成巖省的出現(xiàn)與顯生宙動(dòng)物更替的時(shí)間間隔具有明顯的相關(guān)性。

這一研究發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》。大火成巖省是一種大規(guī)模的火山爆發(fā)，通常包括超過10萬立方千米的巖漿，所到之處可以形成數(shù)十萬甚至上百萬平方千米巖漿的海洋，釋放大量二氧化碳、二氧化硫等物質(zhì)。達(dá)特茅斯學(xué)院等機(jī)構(gòu)的研究人員認(rèn)為這兩者的同時(shí)出現(xiàn)不是偶然，可能存在一種因果關(guān)系。

“每次滅絕都是一個(gè)復(fù)雜而不同的過程，不能歸結(jié)為單一的原因，比如大型火山事件。因?yàn)橄嗨苹驇缀跸嗨频臅r(shí)間不足以證明火山作用導(dǎo)致了（生物）滅絕，這是一種過于簡單化的方式。要找到罪魁禍?zhǔn)仔枰錾膫商焦ぷ鳌！狈评铡た巳R斯解釋說，“6600萬年前，尤卡坦半島上一顆大隕石的撞擊導(dǎo)致了恐龍和大部分陸地和海洋生物的滅絕，科學(xué)家對此有廣泛的共識(shí)。我們只研究了6600萬年前的白堊紀(jì)-古近紀(jì)界線，所有的要素都表明，尤卡坦的希克蘇魯伯撞擊是生物滅絕的原因，但我們不能據(jù)此解釋其他大滅絕事件。這些大型生物圈的崩潰很可能比一些人想象的要復(fù)雜得多。”