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6600万年前那一天,恐龙遭遇的倒霉事不仅仅是灭绝
关键词:6600,万年前,那,一天,恐龙,遭遇,的,倒霉,事,        文章来源:揭西(礼品)擂茶      作者:揭西随礼汇      浏览数:      更新日期:2019-07-25

一颗小行星光临地球的那天,恰是恐龙离开这世界的时候。但有不少证据显示,那天恐龙们面对的倒霉事不止于此。它们究竟死于谁手?

  对恐龙爱好者来说,这是历史上最悲惨的一天。

  对恐龙爱好者的白垩纪祖先来说,这是命运转折性的一天。

  6600万年前的那天,原本并没有什么不一样。远古北美洲大陆上,每种生物都在忙着自己的生计——甲龙、肿头龙栖身在针叶林中,鸭嘴龙则更愿意啃食开花植物的嫩叶。身形矫健的迅猛龙在追逐着老鼠大小的哺乳动物和蜥蜴。成群结队的三角龙在河边徜徉觅食,远处躲藏在树林里的霸王龙则在预备一场奇袭。

  但那个几周前就出现在天上,仿佛一颗迷你太阳的奇怪球体,这天却大得遮天蔽日,它的光芒笼罩了整个东南天空。

  毫无预兆地,无声的黄色光芒闪过,让所有原本忙碌的生物都愣在原地。到了它们的视野恢复正常时,天边已不见了那个大球的踪影,又是一片湛蓝。

  回过神来的动物们刚要继续自己的日常营生,又一道无声的闪光无情地扎进了它们的视网膜。大地陷入了一片寂静,原本活泼的远古鸟类也停止了唧唧喳喳。

  但这种沉默仅仅持续了几秒钟。大地很快开始颤抖,继而猛烈地摇动,最后竟变得像液体一样流动了起来。一阵阵能量传过脚下的土壤,动物们如筛糠般被反复抛向空中。几分钟之后,地面停止了颤抖。在一片狼藉的鲜血和尸骸间,幸存的生物各自哀嚎。

  从已经变为红色的天空中,雨点落了下来。这些“雨点”实则是豌豆大小的灼热玻璃和熔融的岩石。勉强活过大地震的生物,在这场密集的炮火袭击中无处躲藏,纷纷倒地而亡。空气逐渐变得火炉一般炽热,树木开始自发燃烧,野火四处蔓延,天空布满黑烟。

△图片来源:视觉中国

  15分钟前还郁郁葱葱、充满生机的森林和河谷,已经变成一所炼狱。警觉的哺乳动物和蜥蜴躲入地下,鳄鱼和乌龟藏身水中,原始鸟类则飞往远处。

  两个多小时后,一切似乎又恢复了平静,幸存的动物在四处探头探脑的时候,天边的黑烟开始扰动——它们还没有反应的时间,一阵摧山裂石的狂风带来了足以震碎鼓膜的巨响。几秒钟后传来的另一声巨响,它们未必能活着听到……

  伴随着那一声巨响,许多物种长达1亿5000万年的演化努力化为乌有。

  伴随着那一声巨响,白垩纪结束,古近纪开始了。

  “龙”死谁手?

  随便找身边的一个人问问,恐龙是如何灭绝的?他们很可能会告诉你“标准答案”:小行星撞没的。 如果他们对恐龙十分感兴趣,可能还会告诉你,那个陨石坑的名字叫做“希克苏鲁伯”。

  一颗直径至少10公里的小行星(或彗星,下文不再注明),以每小时约10.8万公里的速度一头扎进了如今墨西哥尤卡坦半岛附近的浅海。这次撞击释放的能量,相当于10亿颗广岛原子弹。第一次闪光是小行星进入大气时剧烈挤压前方空气所致,第二道闪光则是撞击产生。在猛烈的碰撞中,小行星本身被瞬间汽化,冲击波则沿着地球表面、向着地球深处快速运动。声波移动较慢,数个小时后才抵达北美洲内陆地区。

  这次小行星撞击导致了所有恐龙(鸟类的祖先除外,下文不再注明)在内,75%地球物种的灭绝。其他大陆上,或许没有北美洲那样惨烈的场景,但大量的煤烟悄无声息地随风到达了地球的各个角落,长时间的“核冬天”让其他生物无路可逃。

  庞然巨兽被从天而降的火球撞出了历史舞台,谁不喜欢这样的故事呢?这个假说从诞生起已经有将近40年历史了,虽然在大众眼里已经证据确凿,但它始终并非毫无争议。

  1980年,诺贝尔奖获得者、实验物理学家Luis Alvarez和他的儿子、地质学家Walter Alvarez为首的团队在《科学》杂志发表了一篇惊人的论文。他们指出,全球范围内,白垩纪和古近纪交界处的地层都有异常高含量的铱元素,这种异常似乎无法解释。但铱这种元素在地壳中稀有,但在太空中十分丰富——这暗示了6600万年前,白垩纪与古近纪交界之时,地球可能遭遇了一次猛烈的小行星撞击。

  Alvarez父子还在论文中计算了小行星和对应陨坑的尺寸。撞击假说很有说服力,但当年地球上没有已知的,符合Alvarez父子预言的那种陨石坑。

  在随后的数年中,不断有人发现支持该假说的证据:符合小行星撞击事件的“冲击石英”和泪滴状熔融玻璃抛射物(tektites)、墨西哥湾沿岸的海啸沉积物等。这些证据产生的时间,经测定都在6600万年前。

△正常矿石(左侧)与“冲击石英”微结构的区别。冲击石英只在核试验废墟和陨坑内部被发现过(来源:usra.edu)

  直到1991年,科学家通过各种探测手段,终于在尤卡坦半岛附近的海域确认了小行星撞击产生的、直径达180公里的陨坑。撞击坑被深埋在墨西哥湾海底千百万年的沉积层之下,因此人们此前从不知道它的存在。科学家根据发现点附近的小镇地名,将其命名为希克苏鲁伯陨坑。

  白垩纪末期小行星撞击这件事情,看来是板上钉钉的共识了,那么它和恐龙灭绝事件,只是时间上的巧合,还是有直接的因果关联?

  科学家迄今未在白垩纪之后的地层找到任何非鸟类恐龙化石(连脚印都没有)。这表明恐龙在撞击事件后没能存活很长时间,它们的灭绝是突然的,毁灭性的。

△图片来源:theatlantic.com

  大量的证据让研究者相信,小行星的撞击至少和白垩纪大灭绝有一定的联系,但直接的证据一直没有被找到。离撞击点最近的区域,所有的生物都在瞬间被汽化,因此根本不会留下化石证据;离撞击点更远处发现的化石,又如何和“那一天”挂上钩呢?

  争议科学家完美还原“那一天”

  今年3月底,《美国科学院学报》(PNAS)发表的一篇论文引起了热议。该论文介绍了位于美国北达科塔州“地狱溪”生物组的一处化石发掘现场——这里很可能真实记录了小行星撞击地球那天所发生的事情。

  这项研究的带头人Robert DePalma现年37岁,一边在攻读堪萨斯大学的古生物博士,一边身兼佛罗里达州棕榈滩自然历史博物馆的古脊椎动物馆长。DePalma将这个发掘现场命名为Tanis,这个字眼取自电影《夺宝奇兵》中埋藏法柜的古埃及城市。

  △Walter Alvarez 与Robert DePalma 在考察Tanis 挖掘点(来源:manchester.ac.uk)

  Tanis距离小行星撞击点3500多公里。如今这里位于北美洲内陆,但在白垩纪末期,这里是一片河床,这条河则汇入了将北美洲分为东西两个陆块的浅海“西部内陆海道”(Western Interior Seaway)。

  Tanis的沉积层中点缀着许多砂砾大小的熔融玻璃珠砸出的小坑,它们显然不是水流冲刷至此,而是从天而降。不少玻璃颗粒还位于鱼类的鳃中。DePalma团队分析了这些颗粒的地质化学成分,结果吻合6600万年前的那次撞击事件,表明这些颗粒不是另一次时间上相近的陨星撞击或火山喷发形成的。

  厚度1.3米的Tanis沉积层,内部埋葬着本不该出现在河流中的大量植物碎片、海洋鱼类残骸,上方覆盖着富含铱元素的土层——也就是说,这个沉积层直接记录了撞击发生的数个小时内,距离撞击点3000多公里外发生的事情。

△小行星撞击产生的地震波,沿着美洲中央的浅海快速到达“地狱溪”(来源:nytimes.com)

  分析Tanis沉积层之前和之后的地层,都表明远古的河流是向南流向远古海洋的。但在Tanis沉积层形成期间,水流向北逆行,并且流速极快。此外,保存十分完好的海洋鱼类、软体动物和淡水鱼类的化石在该沉积层中挤在一起。DePalma原本认为,是陨星冲击引起的剧烈海啸将这些海洋鱼类逆流冲到了河床中,和淡水鱼类混在一起并迅速埋葬。

△图片来源:bbc.co.uk

  但是,陨石撞击形成的熔岩玻璃珠落下的时间应该在冲击之后十几分钟——但海啸的速度是无法在十几分钟内穿越几千公里的。该团队最终提出,一种由传播速度更快的地震波引发的水体共振“假潮” (seiche)或许可以解释这一现象。2011年的日本东北地震,就曾引发地球另一端的挪威湖泊发生1.5米高的假潮。

  该发现是目前为止首个记录小行星撞击对生物影响的直接证据。但这个发现也像一颗小行星,在科学界砸出了轩然大波。

  许多科学家对该研究的发表感到高兴,比如1991年参与发现希克苏鲁伯陨坑的研究者之一David Kring。

  但是其他的一些科学家则并不是那么买账,因为DePalma从该发掘点得出的大量惊人理论,都是借记者Douglas Preston之笔首先发表在《纽约客》杂志的文章《恐龙死去的那一天》中。该文中,只有一部分结论发表在有同行评议的学术刊物《美国科学院学报》上。其他有关Tanis中埋葬的恐龙化石、羽毛、琥珀、哺乳动物洞穴的发现,并未经过同行评议。Preston在文中写到:“我拜访过许多古生物挖掘点……大多数挖掘都无聊得很,几天或几星期过去也收获寥寥。DePalma似乎每隔半小时就能挖到个新发现。”

△Tanis发掘现场的一块地层样本(来源:《纽约客》)

  这种有悖学术常规的“炫富”行为只是引起争议的一个方面。DePalma本人那些老黄历,大概也是许多同行对他的结论保持谨慎的原因之一。2015年,DePalma团队在发表于《美国科学院学报》的另一篇学术论文中,描述了一个新的恐龙属“达科塔盗龙”(该化石的出土地点就在Tanis附近)。但有古生物学家很快发现,重组的化石骨架中居然有一块龟类的骨骼化石。

  虽然他们很快发布了修正,但这次事件让DePalma的声誉大受损伤。此外,他积极向私人化石收藏者销售恐龙化石复制品的行为也让同行们感觉此人动机不纯、人品可疑。

  不过,研究团队成员之一、英国曼彻斯特大学的古生物学家Phillip Manning接受《科学》新闻采访时表示,他们所描述的化石是可以公开被研究的,“人们如此快地否定一项研究,让我感到寒心。”Manning解释,他们的第一篇文章只是对Tanis数据的初步分析。他们原本将论文投给了影响因子更高的某学术期刊,但同行评议返回的修改意见太过苛刻,他们觉得继续纠缠不太值得,于是将文章改投《美国科学院学报》,并迅速获得了发表。

  Manning还透露,他们有数篇论文正在发表流程中,其中一些论文描述的正是《纽约客》文章中提到的,埋葬在Tanis沉积层中的恐龙化石。

△DePalma宣称在Tanis发现了大量保存完好的新物种化石。他在堪萨斯大学的博士论文导师David Burnham表示,Tanis挖掘点够专家们忙上50年的了(来源:《纽约客》)

  美国阿拉巴马大学的地质学家Thomas Tobin说,“我目前没有100%被说服,但我希望这一切都是真的。”Tobin解释到,那篇《美国科学院学报》论文中堆积了大量古生物学、沉积学、地质化学的细节,但“没有人会同时精通所有这些学科。”因此,这项惊人的发现还需要更多的时间,等待被广泛探讨和进一步消化。

  另一些科学家则表示,能够以如此精度还原“那一天”固然非常震撼人心,但一个化石埋藏地所讲述的故事,无论多么生动、多么有说服力,也无法回答全球范围内,生物大灭绝如何发生的问题。

△Tanis挖掘点局部航拍(来源:堪萨斯大学)

  陨星冲击只是巧合?

  虽然“陨星撞击造成大灭绝”如今成为主流意见,但其他观点并未消失。

  研究者将历史上的大灭绝事件与已知的陨石撞击事件进行了对比,发现时间上并不太吻合。他们发现,与多次大灭绝事件在时间上最吻合的,是剧烈的火山活动。其实,早在1980年代就有科学家指出,印度西部的剧烈火山活动,在陨石撞击之前就已经埋下了大灭绝的种子。

  6600万年前,印度板块还在如今马达加斯加的位置,该区域内的火山活动十分剧烈。今天位于西印度的德干高原上,如今地表上最大型的火山地形之一“德干暗色岩”(Deccan Traps) 就是那时开始形成的,德干暗色岩总面积达50万平方公里(接近法国陆地面积),有些地方厚达2公里。

△德干暗色岩的当代位置(来源: earthmagazine.org)

  在白垩纪灭绝之前发生的二叠纪、三叠纪生物大灭绝,都与大规模火山运动的时间相吻合。德干暗色岩的火山爆发始于小行星撞击前40万年,止于小行星撞击之后60万年——既然白垩纪灭绝同时与一场剧烈火山活动和小行星撞击事件的时间重叠,有什么理由认为小行星是唯一的罪魁祸首呢?

  今年2月同时发表于《科学》的两篇论文也发现,德干暗色岩火山活动最高峰的时期,与如今对小行星撞击最精确的估计时间(6605.2±0.8万年前,)相距最多不超过5万年。此外,至少有一半的岩浆是在小行星撞击之后爆发的。二者会不会有什么联系?

  加勒比海的小行星撞击和印度洋上的火山活动,看似是八竿子打不着的无关联事件。但在行星科学家看来,这种联系并不是不可能的。

  水星上的“卡洛里盆地” 直径约1550公里,是太阳系中已知最大的撞击坑之一。卡洛里盆地在水星上的相对一侧,科学家发现了大量的丘陵与凹陷——这个称为“古怪地形”(Weird terrain)的破碎地区,被认为是陨星剧烈撞击产生的冲击波,在水星另一侧会合的结果。

△“卡洛里冲撞”可能在水星的另一侧造成了破碎地形(来源:explanet.info)

  小行星撞击将如何影响德干暗色岩的火山活动?具体的机制科学家目前还无法明确。但2017年发表于《科学进展》的一项研究发现,在印度发生剧烈火山活动的同时,印度洋和太平洋海底的洋中脊火山活动也明显增加。这些海底火山活动的环境影响可能无法与德干暗色岩相提并论,但“全球范围内火山活跃度增加”这个事实,暗示了小行星撞击对火山活动的影响可能是真实的。

  第二种情况是,火山活动增加和陨石撞击事件确实只是巧合地接连发生了——火山活动削弱了地球上的生态系统,陨石撞击则是雪上加霜。但在上述的情况中,要说德干暗色岩对恐龙灭绝完全没有影响,恐怕不太合理。

  话说回来,为什么其他远古陨星撞击事件并没有同样的生态毁灭能力?研究者发现,这颗小行星撞击的位置有点不偏不倚——2017年,日本东北大学的科学家指出,希克苏鲁伯撞击坑区域的岩石富含硫酸钙和碳氢化合物。如果小行星迟到或早到一段时间,砸到深海区域或岩石化学成分不同的地方,也不会造成同等程度的气候灾难。

△钻探希克苏鲁伯陨坑的海上科研平台(来源:purdue.edu)

  这项发表于《科学报告》的研究通过计算机模拟发现,小行星撞击该区域产生的煤烟细颗粒物被抛进高空后,将长期稳定存在于平流层中遮挡阳光,产生类似“核冬天”的灾难。有毒的含硫化合物被大量释放,随之形成的酸雨将进一步毒害陆地和海洋生态系统。

  恐龙已经在走向灭亡 

  眼下还未发表的Tanis沉积层恐龙化石记录,或许可以直接证明:至少一部分恐龙活着见证了行星撞击地球的那个灾难时刻。

  不过6600万年前同时期发生剧烈火山活动、小行星撞击、生物大灭绝三个事件,会不会纯属(小概率的)巧合?当时的长期气候变冷、海平面下降、板块构造变化、被子植物崛起等其他事件,也可能让恐龙在小行星撞击之前就走向衰落。

  2016年,英国布里斯托大学的Michael Benton团队在《美国科学院学报》发表了一项相关研究。他们收集了迄今为止最详尽的数据,建立了包含600多个物种的恐龙演化树。研究者发现,恐龙的整体演化主要发生在三叠纪末期到侏罗纪早期。而在大灭绝前长达4000万年的时间里,除了鸭嘴龙和角龙类还在发生新的演化,其他族群的物种灭绝速度都超过了新物种生成的速度。

△从整体来看,恐龙的新物种生成(speciation)在白垩纪已经走起了下坡路(来源:pnas.org)

  也就是说,在小行星撞击甚至印度火山活动发生之前,恐龙在整体上可能表现出欣欣向荣,但适应灾难事件的能力实则在走下坡路。研究者认为,即使没有行星撞击事件,当时已经发生的其他环境变化也会导致恐龙在距今5000万~4000万年时走向灭绝。这颗小行星只是给了恐龙们更加华丽的谢幕而已。

  这个理论或许也能解释,为什么小行星撞击事件在造成75%物种灭绝的前提下,对恐龙族类尤其残酷——在灭绝发生的时候,它们无法迅速产生新的物种来替代旧物种的空缺,而原本处于食物链底端、身材矮小的杂食动物成功挨过了最艰难的时期。

  伴随一声巨响,生命的演化树上,一个枝叶繁茂的分支轰然折断。但以哺乳动物和鸟类(恐龙后裔)为代表的演化力量,悄悄开始了新的萌芽。

 


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