恐龙灭绝那天究竟发生了什么?

恐龙灭绝那天究竟发生了什么?

大约6600万年前,一颗小行星撞击地球,永远地改变了地球生命的轨迹。如今,科学家利用一些远古碎片,来测量撞击点的尘埃和气体的燃烧温度。绘制:DETLEV VAN RAVENSWAAY, SCIENCE SOURCE

撰文:MAYA WEI-HAAS

在得克萨斯州布拉索斯河沿岸,部分易碎的岩石上有白色的小微粒。在普通人看来,这些只不过是不起眼的小沙粒,然而,在这些形状奇怪的微粒背后,是地球历史上最灾难性的一天。

大约6600万年前,一颗直径9600米的小行星猛烈地撞入墨西哥尤卡坦半岛海岸附近的海洋,留下了一个177公里宽的大坑:希克苏鲁伯陨石坑。那一刻,地球生命的轨迹彻底改变了。撞击引发了方圆几千公里的野火和海啸,随后全球气候大起大落:急剧降温之后是很长一段时间的升温,导致大约75%的物种灭绝,包括非鸟类恐龙。

恐龙灭绝那天究竟发生了什么?

现在,发表于《地质学》杂志的一项研究,利用得州的白色小微粒,即火山砾(lapilli),揭开了致命撞击后几分钟内的情形:小行星撞击如此猛烈,以至于下方厚厚的一层碳酸盐岩瞬间汽化,地表的岩石碎片炸开,把炽热的气体烟羽送上高空。

蒸汽和尘埃带来了一片混乱,其中形成了火山砾,然后火山砾如雨点般落在了今天的墨西哥、伯利兹、得州,甚至新泽西州。“它们基本上是瞬间形成的,”石溪大学的地质化学家、新研究的作者Gregory Henkes说。

研究团队在论文中写道,化学分析显示,当温度猛增到约155度时形成了火山砾,这意味着几分钟之内,这片破坏区域就波及了1600公里以外的区域。

火山砾也许还能提供更多线索:撞击后,大气中还剩下多少二氧化碳?据估计,撞击最终导致了长达10万年的全球变暖。这次气候变化对地球生态系统的影响至今依然存在。

人类本质上是在“以身试法”,不断向天空中排放温室气体,普渡大学的行星科学家Brandon Johnson指出:“如果能知晓6600万年前的情况,那么我们也许能更好地了解今天。”Johnson没有参与此次研究。

化学温度计

新研究分析的火山砾是20世纪90年代,在德州中部布拉索斯河一小块突出的岩石上收集的。自那之后,这些微小的岩石带来了诸多谜团,包括它们最初如何形成。

在某些类型的火山喷发产生的沉积物中,火山砾很常见,它们形成于火山灰羽流中:在水的作用下,一块块玻璃状碎片聚集在一起。“有点像冰雹的生长过程,”Johnson说。

在一些撞击坑周围也有火山砾,但它们是否以同样的方式形成,还不清楚。新研究分析了碳和氧的同位素,为之前提出的一种机制提供了支持:碳酸盐岩汽化产生的凝结气体可能像火山砾胶水一样,把小块物质粘在了一起。Johnson和一位同事认为,在缺少水的月球上,火山砾可能有着类似的形成机制。

而且,在高温下,碳和氧的重同位素之间的键会变得更少。在此基础上,再加上团簇同位素分析法,科学家可以测量几百万年前消散的气团的温度,研究的第一作者、石溪大学的博士候选人David Burtt解释说。

这项分析面临的一个挑战是,确认火山砾之后没有被改变,比如没有因为深埋而被加热,因为这会掩盖它们记录的温度。因此,研究人员还分析了小型海洋动物有孔虫的碳酸盐外壳,它们大约在同一时间被保存在附近。有孔虫重同位素的键与那段时间预计的海面温度一致,这意味着火山砾的温度也被保存了下来。

分析结果表明,岩石上的小微粒形成于155度。

“对于生物圈来说,这是毁灭性的,”布鲁塞尔自由大学的地球化学家Steven Goderis说。他是撞击坑方面的专家,但没有参与此次研究。

我们很难准确计算出这个气体地狱的扩散范围与撞击点的距离。一直以来,关于小行星撞击地球表面的角度和方向,科学界争议不断;这些数据有助于确定喷射物质炸开最严重的区域。Goderis指出,研究墨西哥的火山砾有助于研究人员更好地了解温度散开的变化。但奇怪的是,并不是陨石坑周围所有区域都发现了火山砾,科学家还不清楚原因,Goderis说。

另一个未知因素是,火山砾沿着撞击轨道的形成时间和地点,月球与行星研究所的地质学家David Kring说。关于希克苏鲁伯陨石坑,他进行了大量研究,没有参与此次研究。“我希望这些类型的研究最终能带领我们揭开谜团。”

改变世界的火球

过去的模型显示,撞击导致了更高的大气温度。因此,从某种意义上说,形成火山砾的高温不足为奇。

“新研究实际上专注于一种特定类型物体的温度,”Kring说。

一种猜测是:炽热的气体形成了一个不断膨胀的火球,辐射出大量热量,在2400公里以外的地方,点燃了野火。随着爆炸的碎片落回地球,温度也在升高。Kring说,这些物质“呼啸着穿过大气”,空气变得灼热,大片土地被烤焦。

在撞击点周围,温度高到足以让植物自燃。碎片环绕地球,集中到世界的另一端,并在那里引发了类似的大火。

Burtt和Henkes都把这项新研究视为一个起点。未来研究的其中一个重点是二氧化碳的脉冲,小行星的撞击导致大量碳酸盐岩释放出二氧化碳。

在气团里,火山砾形成过程中会消耗掉一些二氧化碳,也许影响了撞击后多年的全球气候变化。各种物质的释放,包括硫、二氧化碳和水蒸气,导致全世界的温度从严寒转向温暖,食物网崩溃,无数物种走向灭绝。研究有多少影响气候的气体被释放出来,对于我们全面了解是什么杀死了这么多物种非常重要,科学家仍在研究这个问题,Johnson解释说。

远古历史只是故事的一部分。“现在正在发生人为灭绝事件,”Henkes指的是由于释放温室气体、改变土地用途、引入入侵物种等人类活动,生物多样性急剧下降。

他说,目前的变化不像小行星撞击地球那么突然,但其带来的影响会在生物圈持续几千年。

(译者:Sky4)

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投稿时间:2022-03-26  最后更新:2022-07-06

标签:墨西哥   碳酸盐   同位素   小行星   微粒   岩石   火山   气体   恐龙   温度   地球

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