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    2019-08-02 12:28 (1楼)
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    恐龙灭绝场景艺术图。 ↑

    6600万年前,一颗小行星撞向地球,引发持续数千年的气候灾变,所有的非鸟恐龙在寒冷与饥饿中死去。这个“小行星撞击学说”,是我们最熟悉的恐龙灭绝假说。但是,真实的故事远没有如此简单。刚刚发表在《科学》杂志上的两项研究告诉我们,印度德干的超级火山喷发也是恐龙灭绝的重要推手。然而,随之而来的,是一场全新的争论……

    6600万年前的白垩纪末期,一块直径至少10千米的小行星碎片穿透大气层,在墨西哥犹加敦半岛砸出一个直径达180千米的陨石坑。这次能量相当于100万亿吨TNT当量的撞击让北美的生物迅速死亡,并引发海啸与超级地震。随之扬起的火山灰与二氧化硫(SO2)让阳光难以抵达地球,地球进入漫长的寒冬,生态系统陷入崩溃。很快,包括所有非鸟恐龙在内,地球上75%的物种灭绝,以恐龙为代表的中生代爬行生物偏居一隅,而曾经在角落中挣扎的哺乳动物从此站上地球舞台的中心。

    这段描述,是我们最熟悉的恐龙灭绝场景。1980年,地质学家发现,常见于小行星的稀有金属铱在白垩纪末期大量出现,这让撞击理论开始进入科学家的视线。到了上世纪90年代,尤卡坦半岛的希克苏鲁伯陨石坑被发现后,科学界终于达成共识:大约6600万年前,一颗足以造成生物大灭绝的小行星光临了地球。“小行星撞击导致恐龙灭绝”的故事也迅速流行起来。



    希克苏鲁伯陨石坑轮廓图。 ↑

    但在这个看似偶然的撞击事件背后,是地质学界持续至今的一场争论。恐龙灭绝,就是一颗小行星这么简单吗?

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    2019-08-02 12:28 (2楼)
    2019-08-02 12:28


    德干火山

    争论的焦点,远在地球的另一侧。德干地盾,位于印度西部的德干高原,由面积50万平方千米、厚度超过2千米的玄武岩组成。这些暗黑色的岩体,源自一系列超级火山喷发。熔岩在地表冷却后,经过一系列地质过程,演变成今天的玄武岩。当科学家尽可能精确地测出这些岩石的年龄时,一个惊人的巧合浮出水面:那次规模惊人的火山喷发,恰巧发生在大约6600万年前!



    德干地盾。 ↑

    两个史诗级的地质灾难,恰好几乎同时出现在恐龙时代的尾声。谁才是恐龙灭绝的主要推手?这两次灾难之间,是否存在内在关联?

    要复原恐龙末日的场景,仅仅精确到“大约6600万年前”还远远不够。科学家必须找出火山喷发与小行星撞击之间准确的时间关系。这个问题看似简单:科学家只需要从德干地盾的岩石记录中找到小行星撞击的位置、火山喷发起始与结束的位置,再通过发展多年的定年技术,测定这些事件的年代。

    不过,问题就在这里:在实际操作中,无论是精准定年还是寻找撞击点,都充满了挑战。在最新一期的《科学》杂志中,人们期待已久的突破终于出现。对于关心恐龙命运的吃瓜群众来说,有一个好消息和一个坏消息:好消息是,一次性出现了两篇突破性的论文;而坏消息是,这两项研究的结论存在不小的分歧。

    这两项研究分别来自Courtney Sprain领导的加州大学伯克利分校团队,以及以Blair Schoene为首的普林斯顿大学团队。两支研究团队通过对德干地盾地质记录的研究,分别重建了6600万年前的恐龙灭绝场景。





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    2019-08-02 12:28 (3楼)
    2019-08-02 12:28


    两个故事

    让我们首先进入伯克利团队描绘的恐龙末日。

    那是6605.2万年前,这时德干高原的火山已经持续稳定地喷发了40万年,而全球气温在升高5℃后又降回原点。滚热的熔岩早已覆盖了德干高原,勾勒出一片广袤的生命禁区。对生活在全球其他区域的恐龙来说,虽说尚且谈不上灭顶之灾,但气候的反复变化让生态系统变得脆弱,这也为随后的事件埋下伏笔。



    小行星来了。突如其来的小行星撞向尤卡坦半岛,喷溅物索取了北美所有生物的性命。而后,火山灰与二氧化硫进入大气层,阻止阳光射向地面。短短几十年,气温下降了2~4℃,地球也进入了长达数千年的漫长冬季。气温的急剧变化与光照的减弱,让本就脆弱的生态系统举步维艰。

    小行星撞击的另一个后果,是一场里氏10级的超级地震。虽然我们难以复原板块断裂的全部过程,但研究团队推断,不久之后,受全球超级地震的扰动,德干火山的喷发加剧。在撞击后的60万年间,德干火山的喷发量是小行星撞击前的3倍之多。随之释放的温室气体让地球再次进入漫长的升温模式。就这样,在冰与火的交替之间,火山完成对恐龙的致命一击。

    而在普林斯顿团队的故事中,小行星撞击发生在6601.6万年前——与伯克利团队测定的时间几乎一致。同样在撞击前40万年,德干的火山喷发拉开了序幕。不过,不同于上一个故事中持续100万年的稳定喷发,Schoene认为火山喷发包含了4个活跃期;而在两次活跃期之间,是长达10万年的间歇期。有趣的是,喷发最剧烈的第2个活跃期出现在撞击之前,而小行星撞击则是落在间歇期!



    Schoene论文中火山喷发的4个活跃期 ↑

    我们很容易得出两个结论:1.早在小行星撞击之前,构成德干地盾的大部分岩浆已经喷出地表,因此火山对生物的影响也主要体现在撞击之前;2.撞击没有影响德干火山的喷发——撞击事件后,德干火山依然处于“熄火”状态。

    因此,在Schoene的故事中,火山喷发与小行星撞击,看上去更像是一个惊人的巧合——两个没有任何联系,但都足以对恐龙造成毁灭性打击的事件,恰巧几乎在同一时间发生。于是,在双重打击之下,恐龙陷入万劫不复。

    漏洞在哪?

    在这两个恐龙灭绝的故事中,德干地盾的火山都扮演着重要的角色。但对其与小行星撞击的联系,却有着截然不同的解读。为什么对同一地区、同一时间的研究,出现了如此差异?其中的关键在于,两项研究采用了不同的研究方法。

    在地学研究中,年代测定依照的是放射性同位素的衰变——经过特定的半衰期,放射性同位素衰减一半。理论而言,不同的同位素体系,应该得出一致的结论。但在实际操作中,由于定年材料的不同、精确度的差异等因素,即使尽可能保证取样与操作的准确、进行误差校正,也往往产生不同的结果。

    对于6000多万年前的白垩纪末期,两种最常使用的定年手段——Schoene团队采用的铀-铅定年,以及Sprain团队的氩/氩定年,就存在这样的问题。

    两位通讯作者在称赞对方工作的同时也都指出,对方的研究中存在明显的漏洞。在Schoene看来,他们的优势在于,铀-铅定年比氩/氩定年精度更高。他们对德干火山喷发阶段的剖析,正是高精度的表现。此外,Sprain团队测定的对象(斜长石)在岩浆喷出地表之前就已经结晶成形,时间上的误差在所难免。

    而在另一边,伯克利的Sprain将矛头指向测定对象的代表性。Sprain写道,他们使用的斜长石完全源自火山喷发,因此完全反映了火山喷发事件;而对方测定的锆石可能形成于喷发过程,但也可能形成于非喷发期的沉积过程,这可能是误差的重要来源。

    在这两个故事中,哪一个才是更接近真相的?还是说,所有人都还没有接近真相?看来,关于恐龙灭绝的完整过程,这些地质学家还要再争论一阵子了。
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