小行星撞击地球之前恐龙就衰落了吗?寻找恐龙灭绝元凶 发布时间:2019-10-23 07:56:08

最近发表在《美国科学院院刊》上的一份新研究报告显示,埋藏在墨西哥海岸巨大撞击坑中的岩石“记录了”小行星撞击地球生命史上“糟糕”的一天,进一步丰富了“小行星撞击地球时恐龙灭绝”的假设。

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那么,“小行星撞击导致恐龙灭绝”的假设是如何提出的呢?迄今为止有什么新发现?

恐龙灭绝的罪魁祸首

19世纪初,古生物学家根据化石证实了恐龙的存在,但他们只相信这种生物,像其他灭绝的物种一样,逐渐消失了。然而,在20世纪,随着越来越多的化石被发现,科学家们开始意识到恐龙突然完全消失了,这让他们非常困惑。

起初,科学家认为恐龙的进化出了问题,比如它们的体型越来越大,这使得它们无法很好地适应变化的气候,并灭绝了。一些昆虫学家认为,在一段时间内,地球上会出现大量毛虫。他们吃恐龙赖以生存的植物,所以恐龙饿死了。还有一种灾变论理论认为超新星爆炸并发出大量射线来消灭恐龙。在阿尔瓦雷斯和他的儿子提出撞击假说之前,各种不同观点的假说无法解释恐龙的灭绝。

小行星撞击理论是由美国地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯(Walter Alvarez)和他的父亲路易斯·阿尔瓦雷斯(Luis Alvarez)共同提出的,路易斯·阿尔瓦雷斯是粒子物理学家,曾获得1968年诺贝尔物理学奖。

1977年,沃尔特开始在加州大学伯克利分校工作,并开始研究白垩纪末期的大灭绝。为此,他来到意大利罗马和佛罗伦萨之间的一个小镇,那里裸露的石灰石(石灰石)完全记录了这次大规模灭绝的过程。在这里,沃尔特发现了夹在石灰岩中的红色粘土层,它将白垩纪和随后的古近纪地层分开。该层粘土沉积物下白垩系灰岩中有丰富的有孔虫化石,而古近纪上部灰岩中几乎没有有孔虫。

沃尔特取样回来时,他的父亲路易斯也看到了样品。这一次,物理学家路易斯突发奇想,研究有孔虫从衰退中恢复需要多长时间。因此,他把一些样品给了两位核化学家,弗兰克·阿萨罗和海伦·米切尔,他们也在伯克利工作。他们发明了一种叫做中子活化分析的技术,可以精确测量极低浓度元素的含量。令他们惊讶的是,这层粘土中铱的含量是周围石灰石的600倍。铱是一种银白色金属,类似于铂,它在地壳中的浓度很低,但在一些外星恒星中,例如小行星中,它的浓度很高。铱异常是小行星撞击理论的关键证据。据此,阿尔瓦雷斯和他的儿子在1980年正式提出恐龙灭绝可能是由小行星撞击造成的,粘土层中过量的铱是由小行星带来的。后来,科学家在世界许多地方同时在地层中发现了类似的铱异常,从而证实了这一假设。

寻找撞击坑

阿尔瓦雷斯(Alvarez)及其儿子和同事提出的大冲击理论引起了极大的轰动,但也伴随着强烈的怀疑。

根据他们的计算,撞击地球的小行星直径约为10公里。它应该在地球上留下痕迹,也就是直径约为150-200公里的撞击坑。这个陨石坑在哪里?只有找到它,我们才能证明这个假设。

很快,科学家开始在世界上寻找环形结构,这些结构被怀疑是撞击坑。起初,科学家有点盲目,甚至悲观。因为撞击事件发生在6500万年前,从那以后,地球表面的外观发生了很大变化,大约20%的地球表面形态(包括海洋和陆地)在各种地质过程中永久消失。如果碰撞发生在它消失的地方,人们永远也找不到陨石坑。然而,他们没有放弃。

科学家从几个不同的角度寻找陨石坑。一种是由高压冲击形成的矿物质。小行星以非常快的速度从太空中出来。如果它们撞击地球,它们肯定会产生巨大的压力,这将改变矿物的结构,成为地球表面不寻常的高压状态。例如,当受到冲击时,应时将成为密度更大的应时,这也是高压冲击的指示矿物。1984年,科学家开始在白垩纪末期的沉积物中寻找应时。他们发现离美国西南部的一个地区越近,应时的粒子就越大,这可能表明撞击坑就在附近。另一个证据是溅射的影响。在发生大碰撞时,大量碎片将从碰撞中心向外飞溅,碰撞中心大致与碰撞中心同心。离中心越近,溅射材料越厚,厚度越小。科学家的调查发现,北美溅射材料的厚度从北到南逐渐增加。在加勒比海的海地等地区,溅射材料的厚度是美国和加拿大的25倍以上。这也意味着影响的中心在北美南部。第三条线索来自地球物理调查。墨西哥湾地区的重力和地磁调查显示,有一个直径约200公里的环形结构,这与理论预测是一致的。

最后,在1991年,几位美国地质学家宣布墨西哥尤卡坦半岛的希克苏鲁伯陨石坑是恐龙灭绝的地点。

3.撞击造成的大灾难

撞击中心确定后,科学家们进行了许多更详细的调查和研究,他们对大撞击细节的理解变得越来越准确。2016年,地质学家在撞击坑里钻了一个钻头,钻了大约130米的岩芯,这告诉我们撞击坑在大撞击后一天内的变化。研究结果最近发表在《美国科学院学报》上。

根据这项研究,起初,一颗直径约10公里的小行星以每秒20公里的速度飞向地球。随着它越来越靠近地球,它的亮度越来越高,甚至超过了太阳,就像火球一样。它很快坠入墨西哥尤卡坦半岛的浅水区。不到一分钟,它撞上了一个直径约200公里、深度超过10公里的大坑。大量汽化或熔化的物质、固体岩石等以极高的速度被抛出,包括正在飞行的小行星,它现在应该已经解体了。

然后,在3分钟内,撞击坑的中心迅速膨胀,然后塌陷,最大深度为3公里。半小时后,周围的海水被重新注满,引发海啸。大约一个小时后,海水重新充满撞击坑,由于海水的冲击,发生了几次海啸,可能持续一天。此外,在岩芯中发现了大量木炭,这表明巨大的撞击在陆地上引起了火灾。

以上是地质学家根据岩心记录预测的撞击坑在一天内的变化。我们还可以结合其他地方的地层记录来推断撞击后地球的变化。

在小行星撞击的瞬间,它会引起一场大地震。地震波将在一小时内传播到地球的每个角落。这种影响可能相当于过去160年地球上发生的地震。小行星每小时能带来近1000公里的风速,到处都是巨大的噪音和混乱。撞击形成的溅射材料将以非常高的速度向外抛掷,溅射沉积物的厚度在距离撞击中心500-1000公里的范围内仍在几厘米到几米之间。然而,高速运动的岩石的高温会点燃森林,造成更大的危害。可以说,在几千公里的范围内,大多数生物都会在几个小时内死亡。更细的粒子,漂移得更远,将在未来几个月到几年内在世界各地沉积,在全球范围内形成一层粘土,记录大撞击事件的信息,讲述6500万年后地球上发生的事情。

更可怕的事情还在前面。冲击区的原始地层主要是石灰岩和石膏。冲击的高温导致石灰石和石膏分解成数千亿吨二氧化碳和硫,释放到大气中。灰尘中混合的硫化物会更有效地遮挡阳光,酸化大气,使地球冷却到20℃,光合作用停止,大多数动物和植物都饿了。也许这是灭绝的主要原因,而不是影响。尘埃落定后,大气中高浓度的二氧化碳会造成长期温室效应,导致地球温度飙升。上述各种原因导致地球上75%的物种灭绝,包括恐龙。

学术争议

小行星撞击前恐龙灭绝了吗

目前,小行星撞击导致恐龙灭绝的观点已被广泛接受,但撞击事件对恐龙灭绝有多大影响仍有争议。

一种观点认为,在小行星撞击地球之前,恐龙已经灭绝了4000万年,种类越来越少。恐龙衰落的原因有很多,比如火山爆发(同一时期,位于印度德干高原的火山在大约100万年内爆发了5万多平方公里和2公里厚的火山岩)、海平面冲击、超大陆破裂等。许多原因破坏了原始生态系统,恐龙逐渐衰落。这颗外星小行星只是最后一击。

但是另一个观点是恐龙在灭绝的最后一刻之前非常繁荣,没有衰退的问题,而巨大的影响是唯一的原因。恐龙灭绝的原因是化石记录不完整,许多化石没有保存下来。直到最后,恐龙仍然有新的种类,恐龙家族仍然繁荣昌盛。德干高原的火山爆发并没有导致恐龙灭绝,主要是在大撞击之后。

资料来源:《北京日报》作者:贾斌

流程编辑:宏远花园

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