一颗直径为10公里~15公里的流星具有巨大的破坏性——无论是对环境还是生命,都是如此。
每个人都喜欢恐龙。无论它们以骨骼、化石,甚至以塑料模型的形式出现,不管老幼都为之着迷。孩子们喜欢这些来自过去的生物,他们用积木拼出恐龙的形状,并能够记住绝大多数成年人都不会拼读的名字。任何展出恐龙的博物馆都会出现众多的观众,包括小孩子以及家长。自然博物馆的馆长们深知这些奇异的古代爬行动物的吸引力。纽约的美国自然历史博物馆将其最主要的展品定为霸王龙(意为“蜥蜴之王”)和雷龙的巨大骨架,并且在入口处布置了相关的模型来迎接观众的到来。
恐龙受欢迎程度的进一步证据是,恐龙在流行文化中的明星角色。从《摩登原始人》(The Flintstones)里的迪诺(其实在陆地上,恐龙并没有与人类共存过),到《侏罗纪公园》的再生恐龙(其实它们在未来也不会与人类共存)。即使是《金刚》的电影人也不满足于一只巨大的可以爬上帝国大厦的大猩猩。我想,他们需要加入一个完全多余的有恐龙的场景。
为什么?因为恐龙太让人不可思议了。它们看起来和今天的动物非常相像,让人觉得似乎很熟悉,但是又非常不同,它们的奇异和古怪激发了我们的想象。恐龙有角和冠,还有骨质铠甲和刺。一些恐龙体型庞大、行动缓慢,而另一些却小巧而灵敏。一些恐龙生活在陆地上,有的用两条腿走路,有的用四条腿走路;而有一些则会在空中飞行。
然而,对许多人来说,当他们想到恐龙的时候,第一个划过脑海的事情是,那些体型庞大的动物永远也不能再在地球上行走了。虽然一些恐龙的确演化成了某些鸟类,并存活到了今天,但这些已经统治陆地长达几百万年的恐龙在大约6 600万年前灭绝了。有些人甚至带着淡淡的优越感来看待恐龙的灭绝,如此强大而机敏的生物怎么会愚蠢到让自己消失呢?而事实是,恐龙作为地球上霸主的时间,要远远超过人类或猿类可能生存的时间。恐龙的消失,并不是因为它们自身的错误。
是什么造成了陆生恐龙从这个星球上消失的?这在很长一段时间里,是困扰科学家和公众的一个巨大难题。为什么这个多样化的、强健的群体,而且似乎已经适应了当时环境的群体,突然在白垩纪末期消失了?这个话题好像离物理学,特别是与暗物质有关的物理学有些遥远。但这一章我会给出许多证据,这些证据已经表明,流星体的撞击几乎可以肯定是恐龙灭绝的罪魁祸首,而且这需要和太阳系的外来物体连接起来。而且,如果我和合作者所做的推测最终被证明是正确的,那么银河系平面上的一个暗物质盘便是触发流星体的致命轨迹的原因。
不管暗物质是什么角色,来自外太空的物体的撞击消灭了地球上至少一半的物种,这是肯定发生了的,这一事件把这次灭绝和太阳系的环境联系了起来。地质学家、物理学家、化学家和古生物学家是如何得出这一结论的呢?这个故事也许是现代科学领域最好的故事之一。
恐龙这个物种,除了它们的尺寸范围和冷血特性,还有一个引人注目的地方,就是它们存在时间之长——它们称霸地球超过一亿年。然而,尽管这个物种具备明显的强健特性,而且曾经一度十分繁荣,但是相当多的生命还是在6 600万年前突然结束了。为什么会发生这样的情况,它又是如何发生的?这些问题一直持续到20世纪末期。
在回答这些问题之前,让我们首先想想恐龙的年龄,以及当时的地球与现在有何不同。
恐龙生活在中生代,从25 200万年前到6 600万年前之间(见图11-1)。“中生代”(Mesozoic)这个名字来自希腊语,意为“中间生命”,这个时代的确位于显生宙三级地质时代的中间部分。中生代将古生代(Paleozoic,意为“古老的生命”)以及新生代(Cenozoic,意为“新的生命”)分开。这个时间段包括了我们所知道的最具摧毁性的物种大灭绝事件,即二叠纪-三叠纪灭绝事件。后者定义了第一个边界。中生代还包括白垩纪-第三纪灭绝(以前被称为K-T灭绝),定义了第二个边界,在这期间(非鸟类)恐龙和其他许多物种都消失了。
K-T里的K源于德语单词“Kreide”,意为“白垩”。“Retaceous”(即白垩纪)来自拉丁语词汇“creta”,字面意思是“克里特大地”(Cretan earth),意思也同样是白垩。K-T中的T来源于“Tertiary”,这是一个现在已停止使用的命名方案的一个遗俗,该方案将地球历史分为四个部分,Tertiary即为第三纪。[27]即使如此,和许多人一样,在提到此次灭绝的时候,我偶尔会使用口语化的名称K-T灭绝,不过从现在开始,我会经常使用更正确的术语——K-Pg灭绝。
纪元被分成时期,又被进一步划分成时代和阶段。中生代分为三个时期:
●三叠纪时期,从25 200万年前至20 100万年前;
●侏罗纪时期,从大约20 100万年前至14 500万年前;
●白垩纪时期,从14 500万年前到6 600万年前。
可能“中生代公园”才是迈克尔·克莱顿和史蒂文·斯皮尔伯格的电影《侏罗纪公园》的准确名字。电影里介绍了两个侏罗纪时代的恐龙,但是还有一些直到白垩纪时期才出现的恐龙。尽管如此,我仍然愿意承认“侏罗纪公园”听起来更好,所以我不会质疑这个选择的明智性。
中生代时期,地球发生了很多改变。气候变暖和变冷以及显著的地壳构造活动改变了大气层和陆地的形状。被称为盘古(Pangaea)的超级大陆(泛古陆)在中生代分裂成我们今天看到的大陆,并随着时间的推移发生了大范围的陆地运动。
即使在白垩纪晚期,地壳的构造运动使地球更接近其现在的状态,但大陆和海洋尚未到达其当前的位置。印度尚未与亚洲相撞,而大西洋要窄得多。自那时起,大陆板块已经开始漂移,海洋在以每年几厘米的速度改变着大小。
单是这种效应就告诉我们:6 600万年前,大多数海岸离它们现在的位置远达几千公里的距离,因此,举例来说,美洲和欧洲当时非常接近。此外,当时的海平面很可能比今天的海平面高100米。气温,尤其是在远离海洋的地区的气温,也比今天高。这些因素是破译在白垩纪-古近纪边界所揭示的一些线索的关键。虽然我们现在知道,意大利的沉积岩在形成的时候是水下几百米的大陆架的一部分,但研究人员最初并不知道这一事实。这个结论是由加州大学伯克利分校的地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯对意大利沉积岩中的黏土进行深入研究后得到的。
地球上的生命随着环境的改变而不断进化。被海洋分离的许多移动的大陆使新物种的大量出现成为可能。在三叠纪时期,节肢动物、海龟、鳄鱼、蜥蜴、硬骨鱼类、海胆、海洋爬行动物和第一代类似哺乳动物的爬行动物出现了。晚三叠纪也是许多独特的恐龙种类(包括陆生恐龙)首次出现的时期。它们后来成为侏罗纪时期主要的陆生脊椎动物。
在此期间鸟类也出现了,它们从兽脚亚目恐龙的一个分支演化而来。《侏罗纪公园》中的科学内容不一定都正确,但是这部电影让许多人知道了鸟类是从恐龙进化而来的。飞行的爬行动物、海洋爬行动物、两栖动物、蜥蜴、鳄鱼和恐龙持续生存到白垩纪时期,在此期间,蛇和早期鸟类首次出现,飞行爬行动物和银杏也出现了。此外,如苏铁、松柏类、杉树、柏树、紫杉等现代植物也出现了,我们今天还能看到这些类型的树木。哺乳动物也出现了,但它们那时还很小,通常在猫和鼠的大小之间。这一情形直到恐龙灭绝之后才有所改变,因为恐龙的灭绝留下了空间和资源,这使得哺乳动物能发展成更大体型的动物。
在我写这本书的时候,我读过两本让人入迷的书,分别是沃尔特·阿尔瓦雷斯的《霸王龙和陨星坑》(T.rex and the Crater of Doom)和科幻作家查尔斯·弗兰克尔(Charles Frankel)的《恐龙灭绝》(The End of the Dinosaurs)。沃尔特是流星体假说的主要提出人,并且他的书非常有趣。我承认弗兰克尔的书对我显得非常特别的原因之一是,当我在亚马逊买它的时候,这本书已经绝版了,所以我收到的那本来自罗克波特公共图书馆(Rockport Public Library),它上面有一个大的印章标明“丢弃”。如果那本书没有被邮寄到我家(一个更为合适的栖息地),它显然也已经灭绝了。
这两本书讲述了非常精彩的故事:地质学家、化学家和物理学家如何证实了一个巨大的流星体(我也用“流星体”指代大的天体)是造成恐龙灭绝事件的最可能原因。与恐龙一起,很大一批其他物种也在那时消失了。诸多证据显示,这个流星体引发了白垩纪-古近纪过渡期化石记录中的戏剧性改变。在陨石坑边界的铱层附近,所有表征撞击坑的特点都被发现了,包括小颗粒、玻璃陨石和冲击石英。铱层将它下面丰富的生命遗迹和上方稀疏得多的化石记录分离了开来。
这两本书还涉及拍案惊奇的侦探故事,书中讲述了科学家们是如何发现与该流星体撞击相符合的陨石坑的,即便向领域专家的咨询后我知道书中一些内容是有点误导的。我将尽我所能地在这里把它正确地讲述出来。这是一个伟大的故事。
虽然流星体造成物种灭绝的想法直到20世纪后期才站住了脚,几百年来人们一直在猜测其潜在的可怕后果。当人们第一次注意到彗星时,就认为它会危及生命,但那多是基于迷信。
1694年,埃德蒙·哈雷大胆建议:彗星是《圣经》大洪水的来源。大约50年后,1742年,法国科学家、哲学家皮埃尔-路易·莫佩尔蒂(Pierre-Louis de Mau-pertuis)为来自彗星的潜在威胁找到了强大的科学基础。他认识到:彗星撞击可能引发了海洋和大气的扰动,毁灭了许多生物。另一位法国人,伟大的科学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯(Pierre-Simon Laplace)也认为流星可能引发灭绝,他对太阳系形成的研究工作直到今天仍然是正确的。
不过他们的想法在很大程度上被忽略了,因为这些想法无法被证实,并且看起来似乎有点疯狂。另外一个被忽视的是美国古生物学家德劳本菲尔斯(M.W.de Laubenfels)的观点,他在1956年意识到:1908年击中西伯利亚并摧毁大片广袤森林的流星体的潜在重要性很高。德劳本菲尔斯指出,即使是彗星的一个碎片撞击地球也可能造成破坏,如大火和炎热。他还给出了惊人的具有先见之明的分析,他也认为这些环境的冲击会在不同程度上影响各类物种,而穴居哺乳动物可能存活。在白垩纪-古近纪事件之后,实际情况的确是这样。
1973年,地球化学家哈罗德·尤里(Harold Urey)建议:基于对熔岩的玻璃陨石的研究,流星体的撞击是造成白垩纪-第三纪灭绝事件的原因。大多数科学家依然选择视而不见。然而,尤里“热情不减”,他提议不仅是白垩纪-古近纪灭绝源于流星体的撞击,甚至所有其他物种的大灭绝都是由彗星撞击造成的。尤里对未来的研究作出了预言,并将早期的建议发展成真正的科学。尤里指出,详细的调查能识别出岩石的起源,它们的形状或构成只能由流星体击中时的热量和/或压力所解释。
不过,在活尔特提出他的建议之前,所有这些有先见之明的想法几乎都被人们忽略了。即使是在20世纪80年代,太空的撞击引起物种灭绝的想法仍然被认为是激进的、荒唐的。这让我想起一些理论,这是从参加我公开讲座的12岁的孩子们那听到的。当时他们试图炫耀所听说过的科学术语。这可能会引发非常有趣的场景。比如一个年轻人向我询问一个理论,声称他一直在琢磨,认为弯曲的额外维度中的黑洞能解决宇宙的所有遗留问题。但当我告诉他,我认为他实际上并没有一直在思考这个问题的时候,他笑着承认了。
像那些最终被接受的激进理论一样,流星体的提议可以解释传统说法无法解释的观测。地球很多无法解释的现象却相继被发现了,这给了流星假说很多支持。使它得到了人们的信任,因为它作出了不少预言,而其中许多预言在后来又得到了验证。
沃尔特的科学侦探故事开始于意大利。在罗马以北几百公里,古比奥(Gubbio)附近的翁布里亚山丘上(Umbria),出现了从白垩纪晚期到第三纪(现古近纪)早期的海洋沉积岩。斯卡利亚罗萨(Scaplia Rossa)深水远洋灰岩,以其粉红色的颜色闻名,这种沉积岩由非常不寻常的深水石灰石,即方解石或碳酸钙组成,它们大多数由贝壳组成,也是骨补充剂常含有的成分。这种深水石灰石在海底形成,后来被向上推,逐渐露了出来。这意味着它们是物种灭绝的证据——也就是一层薄黏土将下面的白色岩石层和上面的红色层分离开了,可能会被一位细心的路人发现。在较低的白色岩石中的化石大多是有孔虫,生活在深海的单细胞原虫的遗骸,并且对我们推导沉积岩的年龄非常有用,但只有最小的有孔虫在靠上的暗色层中被发现。有孔虫几乎和恐龙同时灭绝,这使得沉积岩上所展示的灭绝事件边界非常清晰。
一次,我在访问西班牙毕尔巴鄂的大学期间参观了复理层地质公园,那有一块白垩纪-古近纪边界的片段,表现为石灰石悬崖底部附近薄的暗线。像其他类似的黏土层一样,这一边界可以帮助我们追溯到灭绝的时间。我认为自己非常幸运,我的同事(物理学家)和他的地质学家表弟帮助安排了对美丽的Itzurun海滩的一次游览。在那里我可以在退潮的时候跑进去,近距离地看一看这些边界。触摸这个6 600万年前的历史片段几乎让人激动不已(见图12-1)。虽然悬崖源自遥远的过去,但是它的信息宝库仍然作为我们世界的一部分与我们共同存在。
20世纪70年代,沃尔特研究了斯卡利亚罗萨的一个类似边界层。他把注意力集中将下面充满化石的浅色石灰石和上面没有化石的深色石灰石分离开的黏土层上。这种被沃尔特作为研究目标的黏土对于揭开发生在6 600万年以前的大灾难的原因至关重要。黏土的厚度取决于在较浅的和较暗的岩石沉积之间的时间间隔,并可能因此帮助他确定灭绝事件是快速发生的还是缓慢发生的。
20世纪70年代,沃尔特首先开始思考白垩纪-古近纪层时,渐进主义的观点依然是地质学的主流观点。这些观点被此前20年不断发展的板块构造理论所证实。整个大陆可能逐渐移动分开,山脉可以随着时间的推移形成,大峡谷可以通过渐进式影响出现。这些渐进式影响包括河流(如穿过地面的科罗拉多河)、水和冰的侵蚀、陆地板块的运动、岩浆喷发等,随着时间的推移,其中任何一种影响都能够彻底地改变地形。这些貌似戏剧性的变化并不需要灾难性事件来触发。
图12-1
和复理层地质公园的主任艾塞尔·希拉里奥(Asier Hilario)一起观看K-Pg分界线。照片摄于西班牙苏玛亚附近的Itzurun海滩。(感谢乔恩·尤勒斯提拉提供图片)
石灰石的形成似乎很神秘,因为石灰石的上部和下部的差别表明,当时出现了非常突然的转变,这和渐进的观点不一致。如果查尔斯·莱尔在那里,他会对白垩纪-古近纪的薄层作出简单而误导性的解释:尽管表现为很薄的一层,但是它的形成已经经过了许多年。达尔文可能认为这一薄层的形成只是由不充足的化石记录造成的一种错觉。
想要知道转变是不是突然发生的——当然也不仅仅是在几天时间里冲进来的黏土沉积而成的,只有一个办法,即测量两种被分开的、不同颜色的岩层黏土沉积所需要的时间。而这正是沃尔特给自己设定的任务。他一直对地质学事件的确定年龄有着浓厚的兴趣。沃尔特希望研究地磁倒转,以更多地了解关于白垩纪-古近纪边界的沉积时间,他知道这可能是触发这一事件的重要线索。(哈佛大学地球与行星科学教授安迪·诺尔[Andy Knoll]提到:沃尔特和他的妻子可能对中世纪的艺术和建筑更感兴趣。我想这两个兴趣或许都发挥了作用。)
但衡量黏土沉积所花费时间的更好方法其实是测量其铱含量。铱是一种稀有金属,并毗邻锇这一密度最大的元素。铱的耐腐蚀特性使其可以做成火花塞电极和钢笔笔尖等东西。它也被证明对科学很有用处。沃尔特和他的合作者们所发现的铱含量最终成为确立灭绝事件起源的关键。
虽然我知道铱含量的峰值已经有一阵子了,但最近还是了解到一个令我吃惊的事:沃尔特和他的物理学家父亲路易斯·阿尔瓦雷斯测量黏土中铱含量的初衷是和真正正确的原因背道而驰的,他们很快就意识到这一点。路易斯知道流星体的铱含量比地球表面高得多。虽然地球上铱的含量应该和流星体的铱含量相同,但在地球形成早期,大部分原始的铱溶于铁熔岩并沉入地核中。因此,地球表面的铱应该起源于外来天体。
路易斯认为,陨石尘埃应该以一个相当稳定的速率沉积到地球上(他原本建议使用铍-10,但它的半衰期太短,并不实用)。如果不是因为这种天外来客的坠落带来的沉积,地球表面上的铱含量是非常低的。沃尔特和父亲路易斯有一个聪明的想法:通过研究地表铱的含量,他们可以访问这个宇宙的沙漏,确定白垩纪-古近纪边界的黏土用了多长时间才沉积下来。他们期待的是随着时间平滑的分布,稳定的、近乎常数的沉积率,因为这种沉积率能够被用来推断黏土层形成所花费的时间。
然而,当沃尔特和他的合作者检查实际的岩石的时候,他们的发现完全不同。这个惊喜让沃尔特相信这些奇怪的结果有点不对劲,因为来自黏土铱含量比预期高得多。1980年,在美国加州大学伯克利分校的科学家组成一个小组。小组成员包括路易斯和沃尔特的“父子兵”。此外,小组中还有核化学家弗兰克·阿萨罗(Frank Asaro)和海伦·米歇尔(Helen Michel)。他们能够测量极低丰度的铱含量,并发现黏土中铱含量明显高于周围的物质,比斯卡利亚罗萨周围的石灰石高30倍,这个数字后来被更正为90倍。
这种类型的地质结构不仅在意大利被发现(可悲的是,自沃尔特之后,太多人在斯卡利亚罗萨采样,白垩纪-古近纪边界的黏土现在很难找到),而且在全球各地都有,并且在这些地点铱的含量都存在明显的增峰。在丹麦斯泰温斯-克林特(Stevns Klint)陡崖有保存完好的白垩纪-古近纪证据,有类似的黏土层,铱的含量高达周围物质的160倍。其他实验室也确认了在其他地方的类似边界层中的铱含量同样有增加。
如果初始的假设(以及时进行测量的动机)是正确的,即陨星尘埃以恒定的速率落下,白垩纪-古近纪黏土将需要超过300万年才能形成。但是,对于白垩纪-古近纪边界的薄黏土层来说,这个时间太长了。另外,如果铱的含量在全球各地都有类似升高,那么大约有50万吨铱,这一被认为是地球上稀有的元素,就曾在白垩纪-古近纪灭绝的时候突然出现在地球上。对这种大量沉积的唯一解释只有起源于地外宇宙。地球表面本身的铱含量如此之低,如果没有外星现象,这样高的铱含量基本上是无法解释的。
伯克利小组还确定了其他稀有元素的相对丰度,使他们能够进一步缩小地外事件的可能范围。例如,也许外星来源是一颗超新星。在这种情况下,超新星应该会导致黏土里还有钚-244。初步的分析确实表明,这个元素也是存在的。但是,对于一个科学标准下可靠的研究,阿萨罗和米歇尔第二天重新进行了分析,并没有发现钚。最初的发现只不过是样品中的污染物。
对于铱的高含量,伯克利的科学家们绞尽脑汁想找到其他解释,最后基本只剩一个似乎合理的解释:大约6 500万年前,发生了来自外星物体的巨大撞击。1980年,由沃尔特和路易斯父子领导的小组提出了一个观点:一个大的流星体曾与地球相撞,并散落下稀有金属,包括铱。这样的流星体撞击由小行星或者是彗星导致,这是唯一可以同时解释铱的总量过高和黏土中的元素含量比与太阳系的特征元素含量比相符合的方法。
基于测量的铱含量和陨石中的平均铱含量,研究人员还可以进一步猜测撞击天体的大小。他们得出的结论是:撞击天体的直径有令人难以置信的10公里~15公里之大。
鉴于一个巨大的流星体会带来多重灾难,而白垩纪-古近纪灭绝相关的地质事件证据又比较缺乏,相比更加传统的建议,如地质或者气候导致的物种灭绝,地外天体撞击造成生物灭绝的解释似乎是一个合理且明智的选择。然而,尽管这个假设有引人注目的性质,但任何科学家,无论多么大胆,在引进新想法时,也必须审慎行事。有时激进的理论是正确的,但更多的时候,一个更传统的解释会一直被忽视或没有被正确的评估。只有当现有的所有科学想法都失败,而更大胆的想法取得成功时,新的想法才能被牢固地确立下来。
出于这个原因,当考虑稀奇古怪的理论时,争论对于科学来说是一件好事情。虽然那些简单地想避开检验证据的人不会促进科学的进步,但盛行观点的追随者们提出的合理反对意见,则提升了将一个新想法引进到科学神殿的标准,从而迫使那些提出新假设的人,特别是那些怀有激进想法的人去面对他们的对手。这可以防止疯狂的或者完全错误的想法站住脚跟。阻力能鼓励提议者提升自己的游戏能力,以表明为何反对是不正确的,并尽可能多地为他们的想法找到支撑。沃尔特甚至写道:他很高兴过了好一阵流星体的想法才找到确凿证据的支持,因为这为他留出了充足的时间来发现更多辅助性的证据。
流星体的假设确实遇到过阻力。反对的人们认为这是一个不切实际的理论。其中许多人更倾向于渐进式改变的观点。令人困惑的是,虽然板块构造给了渐进式改变这一观点以支持,但是在大约同时进行的月球任务中,科学家们对很多陨石坑的近距离观察却给出了一个强力的论据来证明,冲击可能带来灾难性后果。这两种不同的论据使人们分成两派,地质学家倾向于渐进式的观点,而物理学家走向了灾难性的方向。
当然,月球上的环形山可能在月球形成的早期阶段就已经全部形成了。事实上,大多数环形山也的确如此。因此,它们的存在本身并不是对后期流星体显著性撞击的有效论据。尽管如此,这些观点的流行应该让这样的假设不再那么令人惊讶,在太阳系中不仅有渐进过程的存在,还有灾难性过程的存在,而且后者也对生命的发展造成过影响。陨石坑是月球被撞击过的清晰而明显的证据。地球非常大,又非常接近月球,因此显然流星体也很可能曾经击中过这里。
在沃尔特提出撞击说建议的时代,很多古生物学家却依然青睐渐进的解释。有一些人认为,恐龙在白垩纪晚期消失只是简单地由于某种形式的不良环境条件,如气候变化或不良的日常饮食。其他一些人则认为火山活动是罪魁祸首。对于这个观点的支持来自印度的德干暗色岩,这些岩石是由大约在恐龙灭绝时代所发生的巨量的火山活动形成的。德干暗色岩覆盖的区域超过50万平方公里,相当于法国面积的大小;它的厚度约2 000米。这个熔岩总量是非常大的。使情况更加令人迷惑的是,暗色岩可追溯至的产生时间非常接近晚白垩纪-早第三纪界线。
的确,恐龙的一些族群,如蜥脚类恐龙[28],在这个时代末期的时候就已经灭绝了。但支持渐进式衰落理论的证据部分源自于调查初期不完整的化石记录。但是研究范围的扩大、化石数据的增多,让这些早期的化石记录变得不那么令人信服了。在蒙大拿州发现的化石显示:至少有10~15种恐龙物种存活到白垩纪末。最近在法国的挖掘发现证据表明:在白垩纪-古近纪边界的一米范围内存在恐龙化石。而那些在印度最新的挖掘给出了边界线下也有恐龙化石的证据。其他物种的化石记录,如菊石,确实在一开始显示出了物种多样性的下降。但是更准确和更广泛的研究再次发现:至少有1/3的恐龙物种存活到白垩纪-古近纪边界,虽然有些种类的恐龙确实在这之前就已经灭绝了。
除此之外,尽管人们最初认为暗色岩形成得非常快,但是后来的工作表明,它们的形成花了几百万年,而白垩纪-古近纪事件对应于暗色岩中间的一层,奇怪的是:似乎是火山活动在这段时间里是受抑制的。也许能表明火山不是恐龙灭绝的全部责任的证据是:印度地质学家在正好构成白垩纪-古近纪边界的区域的沉积物中发现了恐龙的骨骼和卵的碎片。恐龙在这期间不仅活着,而且它们还曾居住在暗色岩存在的区域。
即便如此,再后来的研究进展将暗色岩的形成时间向灭绝的时间推得更近了,比人们以前认为的更接近。这给火山活动对灭绝的贡献给出了支持,尽管火山不用对毁灭负全责。有人推测,火山活动实际上是流星体冲击的结果。在这种情况下,不论火山作用如何发生,也都可以间接归因于流星体。无论它们的角色如何,火山不能解释许多其他同时存在的地质特性。这些特性为流星体的显著性给出了令人信服的有力证明。
事实上,一旦人们开始认可流星体假说,相关的证据就迅速积累起来。细节很重要,并可以帮助解决许多争议。1980年伯克利分校的建议被提出之后,人们对白垩纪-古近纪黏土层进行了精心的研究,足迹遍及意大利、丹麦、西班牙、突尼斯、新西兰和美洲各地。到1982年,全球各地的近40个地点已被仔细检查过。荷兰古生物学家扬·斯密特(Jan Smit)在西班牙发现了高含量的铱。其他古生物学家在斯泰温斯-克林特测量到类似的结果。斯密特还测量了其他稀有金属的丰度,如金和钯。他发现,锇和钯含量比地球上其他地方看到的高出1 000倍。并且和以前一样,相对金属丰度与对流星体中的预期相符合。
赞成火山解释的一些科学家认为,大量的铱是伴随火山喷发从地球的地幔和地核中喷出的。我们知道,地幔和地核中的铱含量比较高。但是,已知的所有火山所喷发出的铱也远远不足以解释世界范围内存在于白垩纪-古近纪边界的铱。据沃尔特和其他人的计算,包含其他的潜在聚集效应如海洋中的沉淀,白垩纪-古近纪边界上的铱含量达50万吨。无论如何,铱不是陨石中的唯一重元素,而其他元素的丰度也和火山排放出的量不符合。
白垩纪-古近纪层中和周围的其他观测为流星体假说提供了更多证据。例如,在不同地点发现了岩滴,如微晶(microkrystites),这是较小版本的玻璃陨石,这些有着圆润形状的玻璃质岩石产生于撞击时,是掉回地球之前在大气中飞驰并凝固的融化物。它们的发现为流星体假说提供了支持。
这些玻璃小球最初也只是混淆了视听,因为科学家被其误导了。它们的化学成分类似于海洋地壳,但是它原来很可能是来自撞击体,而不是被击中的目标。如果最初的误导性结论是正确的,并且流星体着陆于海洋而不是在陆地,这意味着:尽管对于撞击有着越来越多的证据,但是撞击地点很可能仍然被隐藏着。
当地质学家发现的证据表明流星体是在(可能到达的)大陆架着陆时,关于着陆地点的担忧就消除了。证据就是冲击石英的发现,这种石英起源于高压,而且只能产生于含石英石的岩石之间的撞击。不融化的岩石被打碎,所以它们包含的矿物质可以移动并形成纵横交错的纹路(参见图10-3),这些纹路目前的已知来源只有流星体的撞击和核爆炸。想必核试验在6 600万年以前没有发生过(虽然一位研究人员告诉我,有个电台的采访者真的就这种可能性向他提问过),这就只剩下了流星体的撞击这个唯一可能的解释了。
1984年,冲击石英在蒙大拿州被发现,稍后在新墨西哥和俄罗斯被发现,新的发现为流星体的撞击提供了强有力的证明。这种石英的存在进一步证明了撞击坑(假设有一个的话)应该位于陆地上,因为石英在海洋中的岩石里非常罕见。
支持流星体假说进一步的证据持续地积累着。加拿大科学家在艾伯塔省(Alberta)的白垩纪-古近纪层发现了微小的钻石。这些钻石可能是由流星体从外太空携带过来的,也可能是在撞击过程中形成的。关于尺寸和碳同位素比率的详细研究结果更青睐于后一种解释。在加拿大以及丹麦,一些不应该存在于地球上的氨基酸在边界层被发现了,这些氨基酸在地球上任何其他地方都没有被发现过。这个证据的有趣特点在于,它支持彗星撞击说的解释,因为这些氨基酸在接壤的石灰石中也被发现了。如果彗星尘埃在形成边界层的时候存在于附近,那么就会出现这种情况。
另外一个为高压撞击提供证据的重要地质特性是被称为尖晶石(Spinels)的晶体。它们是金属氧化物,包含铁、镁、铝、钛、镍和铬,呈雪花状、八面体等各种奇异形状,这些结构反映了高温熔融之后的快速凝固。火山岩浆中也有尖晶石,但被发现的尖晶石含有镍和镁,这和火山爆发所形成的尖晶石不同,后者含有更多的铁、钛和铬。更好的证据是,氧的含量有助于确定形成尖晶石的地点。白垩纪-古近纪层中的氧化尖晶石表明:这些尖晶石产生于一个低海拔地区——低于20公里。该晶体只在一个薄层中被发现,这证实了发生在白垩纪-古近纪边界的灾难性事件是非常短暂的假设。
火山无法解释因冲击而创造出的材料。虽然火山确实会造成形变,但是现有的火山地区所产生的冲击石英不足以匹配来自灭绝时期的观察现象。产自火山爆发的冲击石英的结构错位是沿着单一平面的,而不是两个或更多个交叉的平面。后者是仅在高冲击压力下才会发生的现象。这些细节很重要,因为这些现象正是在标定白垩纪-古近纪灭绝边界的精确位置被找到的。
即便如此,虽然已经牢固地建立起了流星体破坏性影响的理论框架,我们也不应该完全忽视渐进式观点。很可能的是,在白垩纪-古近纪灭绝时间的前后,环境正在发生改变,增加了生态系统的脆弱性。因此,流星体的撞击带来了比环境没有发生改变条件下的更多损害。有证据表明,在剧烈的灭绝事件发生之前,一部分物种已经灭绝了。最近对德干暗色岩产生年代的更精确测量给出了进一步支持,结果表明,火山活动起了一定的作用,虽然不太可能对最终发生的灭绝事件负责,但是火山爆发以及其他现象很可能在灭绝事件前后都助长了灭绝所造成的破坏。
撞击并不需要任何帮助,就能造成巨大的破坏。
要弄清流星体带来的灾难到底有多么巨大、多么有毁灭性,是很困难的。撞击的跨度大约是曼哈顿宽度的3倍。而且,这个流星体不只是大,它还在迅速地移动,以至少每秒20公里的速度移动,并且如果这个星体是个彗星,移动速度也许还要快3倍。这个物体的速度比在高速公路上以时速100公里前进的汽车快了至少700倍。这个冲击体就像一个快速移动的大城市,速度是在无限速高速公路上行驶车辆的500倍。由于一个物体携带的能量正比于其质量和速度的平方,如此快速的、庞大的物体撞击地球将造成巨大的毁灭性影响。
从某种角度说,有着这种体积和速度的物体可以释放出的能量相当于百万亿吨的TNT炸药,是摧毁广岛和长崎的原子弹能量的10亿多倍。沃尔特的父亲路易斯为“曼哈顿计划”工作过,他提出过类似的评论。更广泛地说,“冷战”宣传核爆炸的影响激发了人们对撞击坑的兴趣。对二者的研究都得益于关于白垩纪-古近纪撞击体的长期环境影响认知的不断增加。
通古斯事件的物体和在亚利桑那州造成陨石坑的流星体所携带的能量只是上述天体所携带能量的一小部分,大概相当于10倍百万吨级的TNT炸药。在这两种情况下,冲击体的直径大概是50米,而不像形成白垩纪-古近纪事件的撞击体那样达到10公里~15公里。喀拉喀托火山的能量仅是这些较小流星体的几倍。这些小流星体的能量和至今所有生产的核武器相当(大约是现存核能量的50倍)。一个1 000米大小的流星体已经足够造成全球性的损害了。沃尔特建议的物体比这要至少大10倍,比珠穆朗玛峰的高度还高,超出海平面达9公里。
这个有着巨大速度的物体的撞击和影响都是毁灭性的。如第11章所述,在如此沉重的石头投掷到地球上之后,很多灾难将会随之降临。靠近爆炸的地方,大约1 000公里范围内,极端的风浪肆虐、巨大的海啸从爆炸地点向外辐射。这些潮汐波浪极端强大,但范围有限,因为事实证明,撞击地点的水深只有约100米。潮汐巨浪也会出现在地球的另一端,它是由地球有史以来经历的最强烈的地震引发的。极端的强风会从撞击位置向外吹,然后急速冲回。这股强风会携带一大团的超热尘埃、灰烬和蒸汽云,它们是在流星体最初冲进地面的时候被抛起来的。这一阵风和水的能量释放可以用完大约1%的冲击能量。其余的能量会被用于熔化、蒸发,并在整个地球范围内传播地震波——相当于里氏10级地震的地震波。
上万亿吨物质被从撞击坑的地点喷出,并散布到四处。随后,当热的固体颗粒穿越大气层降落下来时,它们会被加热到白炽,并提升世界各地的气温。导致的结果是:到处大火肆虐,地球表面不断升温。1985年,化学家温迪·沃尔巴克(Wendy Wolbach)及其合作者发现,在白垩纪-古近纪层中存在大火的证据,这些证据以木炭和煤的形式呈现出来。他们发现的碳屑的丰度和形状证实了火灾曾经发生过,并摧毁了当时存在的动植物。研究人员得出结论,当时地球上超过一半数量的生物在撞击后的数月内被焚尽。
这还不是全部。水、空气和土壤中都携带了有毒物质。人类对彗星的恐惧并不仅仅是迷信。彗星的确包含了有毒的物质,如氰化物以及包括镍和铅的重金属。虽然有些化学物质在它们可能带来损害之前就会蒸发,但很可能重金属会从天上雨点般落下。
可能更多的破坏来自大气中产生的一氧化二氮。它可能通过酸雨降落到地面。硫也会被释放到大气中,形成硫酸,并可能停留在大气中,阻止阳光照射,造成全球降温,紧随着大灾难发生后立刻发生的全球加热,并可能持续数年。光合作用的缺失将对整个食物链产生严重影响。全球变暖和灰尘颗粒对地球的覆盖可能也会起到一定的作用,将异常的加热和冷却延展更多年。
的确,化石记录表明,在最初的撞击之后,遗留的破坏性仍然在持续。即使存活下来的物种的个体数目也严重缩水。海洋在几十万年内无法恢复,并且更可能的是,在之后至少50万~100万年中,破坏性影响仍然存在。化石记录表明,在包含很少或没有碳酸盐的深色石灰石处,缺乏浮游生物和其他生物的化石。取而代之的主要是碎屑颗粒的证据,也就是撞击后存留下来的被日晒雨淋侵蚀过的岩石小碎片。岩层中正常的颜色在至少几厘米内(有时达到几米)都没有重新恢复,这个厚度因地球的不同地点而不同。
如此多的灾难让动植物走向灭绝的可能性不断增加,几乎所有体重超过25千克(一只中型狗的重量)的生物都无法幸存。为了生存下来,必须有某种方式躲避灾难,通过冬眠或其他方法。由于特殊的繁殖方式(种子比其他繁殖方式更有机会幸存)和食物来源(以废弃物为食的物种更走运一些),部分物种确实生存下来,能逃到天空的动物们也有更好的机会。但是,大多数动植物都死亡了。一颗直径为10公里~15公里的流星具有巨大的破坏性——无论是对环境还是生命,都是如此。
尽管如此,研究人员当时就知道:即使有20世纪80年代发现的所有证据,以及对一个巨大流星体可能对地球生命所产生后果的日益增加的了解,但是找到一个可以触摸的、有着正确尺寸的、6 600万年历史的陨石坑显然是撞击假说最强有力的证据。陨石坑不仅能证实这个假说,还可以使更详细的研究成为可能,从而更好地估计其大小和撞击时间,并辅助确认撞击发生的其他特征。
陨石坑的大小以及它的年龄,是至关重要的预测。根据已测定的铱含量,沃尔特推断,流星体的直径应该至少有10公里。据此推断,陨石坑应该有大约200公里的口径,因为陨石坑通常是撞击体大小的约20倍。沃尔特不是唯一一个预测陨石坑有这种规模的人。另一位古生物学家独立预言出180公里的大小,他是基于这种假设:黏土包含了陨石物质的7%,其余物质来自被击中目标的粉碎的岩石。
一个有着正确尺寸、正确日期的陨石坑是沃尔特理论的确凿证据。然而,这个陨石坑的发现花费了超过10年的时间,成了现代科学最好的侦探故事之一。事实上,当人们最初开始寻找撞击地点时,成功的可能性似乎并不高。尽管在一些年中,有些大的陨石坑已经被发现,但更多陨石坑则无法被找到了。即使我们足够“幸运”,流星体击中陆地而不是海洋,但侵蚀、被沉积掩埋或地壳构造的破坏也可以消除陨石坑曾经形成的任何迹象。
对于造成白垩纪-古近纪灭绝事件的流星体来说,由于没有明显的撞击位置,因而更难发现其陨石坑。四处可测的铱以及其他地质证据在全球的分布是大致均匀的,这证实了流星体的全球影响,却没有指明任何特定的地区。要寻找特定的一次撞击所造成的陨石坑即使不是不可能的任务,但确定一个特定流星体在6 500万年前撞到了地球哪个位置,仍然十分困难。
然而,有利于陨石坑追踪者的是:已经发现的冲击石英表明它的起源是大陆或大陆架,因此在陆地上的搜索仍然有成功的机会去辨认出肇事者的遗迹。几个看似有希望的候选陨石坑出现了,但很快就被进一步的调查排除了,因为相关测量和更精确的细节相悖,包括对它们撞击时间的测量、大小的确定或矿物学研究。
一个很重要的独立观测在很长一段时间里都被忽视了。
早在20世纪50年代,工业地质学家们就辨认出了一个被掩埋的圆形结构,直径达到180公里,其中一半延伸到陆地上,位于尤卡坦石灰石平原之下;另一半在海里,被掩埋在墨西哥湾的海水和沉积物之下。来自墨西哥石油公司(Pemex)的地质学家们在这个结构内部钻井勘探。他们在大约1 500米的深度找到了结晶岩,这使他们认为自己找到了火山的证据,而不是他们更希望的石油。
在20世纪60年代末期,地质学家罗伯特·巴尔托索(Robert Baltosser)为防止在第一轮调查时错过油矿的迹象,而参与了第二轮钻井勘探。随后他建议,这实际上可能是一个撞击坑。基于对这个地貌的引力势形状,即关于引力在这个圆形结构上如何变化的测量,他得出了这个结论。但它仍然不是油矿,而且墨西哥石油公司也不允许巴尔托索公开自己的观测结果。当时,这导致大多数了解这个结构的人都在为石油企业工作,而石油企业希望保护自己的成果。
但墨西哥国家石油公司坚持不懈地进行着对石油的探索,并在20世纪70年代进行了进一步的地质研究,其中包括对整个尤卡坦半岛的空中磁性测绘。一位美国顾问格伦·彭菲尔德(Glen Penfield)注意到了一个强烈的磁异常,这个异常的区域大约50公里宽,被一个有着不寻常的低磁性的、直径约180公里的外环所包围。这正是对一个大型撞击坑所预期的模式:中央区域和冲击熔化物相关,而外围区域包含着变硬的被击中物的残骸。彭菲尔德把这种对应关系记录了下来。航空重力数据给出了对这种解释的进一步支持:升高和被降低的重力场与磁性信号的变化密切相关。
因此早在1978年,彭菲尔德已经意识到这个地质结构是撞击坑的强烈迹象。他意识到,发现一个以前未知的撞击事件的证据可能是一个意义相当重大的事件,因此他从墨西哥国家石油公司得到许可,发布了这些通常被认为是专有的数据。和墨西哥国家石油公司地质学家安东尼奥·卡玛戈(Antonio Camargo)一起,彭菲尔德于1981年在洛杉矶的勘探地球物理学家学会(SEG)会议上展示了他的结果。但是这一发现在当时并没有得到太多关注。大多数听众仍然不了解白垩纪-古近纪灭绝的撞击假设,所以当时没有人意识到其中的关系。
直到1990年,大多数对白垩纪-古近纪撞击坑感兴趣的人才开始研究这个特殊的陨石坑。但他们实现相关研究的过程也是一个难以置信的故事。那些为了证实沃尔特的理论而寻找一个特定的直径大约为200公里、6 600万年前的陨石坑的人,用和墨西哥国家石油公司的地质学家完全不同的角度对这个陨石坑进行了搜索。他们研究了白垩纪-古近纪层,搜索了撞击位置的线索。尽管在全球范围内铱沉积是均匀的,但他们知道一条线索,这个线索如果被发现,将给出更具体的位置信息。如果流星体击中海洋,但落在靠近海岸的地方,撞击就会创造出一个海啸,这个海啸强大到足以在大陆的平台上留下它发生过的痕迹。根据已有的陆地撞击证据,这似乎是一厢情愿,但地质学家们对此保持着关注,并因为不懈的努力得到了奖励。
1985年,扬·斯密特和一位合作者研究了在得克萨斯州墨西哥湾附近的布拉索斯河(Brazos River)河床中露出地面的白垩纪-古近纪沉积物,结果表明这部分沉积物被某种力量打乱了,他们确信这一现象是由海啸造成的。华盛顿大学的地质学家乔安妮·布尔茹瓦(Joanne Bourgeois)认真地根据他们的工作做了进一步的调查,并出乎意料地发现了包含贝壳、树木化石、鱼的牙齿和黏土碎片的粗砂岩。这些碎片和当地的海洋底部相符合,并且这些物质的原始位置被确定在6 600万年前的海平面下100米。布尔茹瓦能够使用砂岩块的大小来估计水流的速度超过每秒一米,对应于至少100米的波浪高度,并进一步发现黏土具有一定的模式,这表明水流的移动既有冲向海岸的,也有从岸上离开的。通过假设最大可能的浪和整个海水深度的5 000米相同,布尔茹瓦推断出:撞击一定距离她的位置不到5 000公里,这意味着撞击地点在在墨西哥湾、加勒比海或大西洋西部。
撞击位置的另一线索来自地质学家布鲁斯·博尔(Bruce Bohor)和格伦·伊塞特(Glen Izett)。他们在1987年发现,冲击石英最大和最丰富的储藏在北美西部内陆,这表明撞击在大陆附近。这与斯密特和布尔茹瓦的分析是一致的,他们都提出撞击靠近大陆的南端。
当海地地质学家弗洛伦廷·莫瑞斯(Florentin Maurrasse)在他祖国的白垩纪-古近纪边界层认证出一些有趣的碎片后,撞击地点的可能范围被进一步缩小。他对不寻常的沉积物的描述吸引了亚利桑那大学的研究生艾伦·希尔德布兰德(Alan Hildebrand)以及他的导师比尔·博因顿(Bill Boynton)和研究员大卫·克林(David Kring)的关注。虽然莫瑞斯认为碎屑的起源是火山活动,但是亚利桑那小组明白火山和撞击的碎屑有多么容易被混淆。他们一看到海地的样本,就辨认出了玻璃陨石,并决定亲自去海地访问。1990年,他们在那里发现一个半米厚的沉积凸起中似乎包含着玻璃陨石,并在其中还发现了冲击石英和铱黏土。这极有可能是与流星体撞击相关的区域。根据沉积层的厚度,他们得出结论:在撞击发生时间点,撞击坑离碎石片发现地应该不超过约1 000公里。
尽管希尔德布兰德最初青睐的一个加勒比海候选地区后来被他否定了,但是亚利桑那小组最终将目光聚集在尤卡坦这个10年之前就被认证的地区。但第一个找出陨石坑和恐龙灭绝事件之间关联的不是科学家,而是《休斯敦纪事报》(Houston Chronicle)的记者卡洛斯·拜厄斯(Carlos Byars)。听完希尔德布兰德在一次科学会议上展示的研究结果之后,拜厄斯告诉了希尔德布兰德关于彭菲尔德早期对一个撞击坑的发现,这帮助科学家们给丢失的陨石坑之谜找到了一个令人满意的答案。
墨西哥国家石油公司发现的陨石坑是正确的撞击位置,而且它也有合适的尺寸。这样的一致性是支持将陨石坑联系到白垩纪-古近纪灭绝的一个重要论据。即便如此,当1990年希尔德布兰德向一份科学杂志提交了两份摘要,提出这一联系时,文章并没有得到发表。部分是因为最初的证据没有足够的说服力。然而,当亚利桑那小组从陨石坑中辨认出冲击石英的时候,人们的观点开始发生改变。
由于陨石坑位于一个被淹没的大陆平台中,被泥沙覆盖着,这使陨石坑难以被发现被研究。但它的被掩埋在某些方面又是幸运的,因为它上面近公里的硬化泥土为陨石坑提供了防护,使它免受地表发生的侵蚀。为了调查这个被埋藏的,并且因此在最初也难以接近的陨石坑,亚利桑那的科学家们联系了彭菲尔德和卡玛戈来研究之前钻探出来的岩芯。他们获得了存储在新奥尔良的两份拇指大小的样品。果然,当亚利桑那小组研究这些古老的、来自墨西哥国家石油公司的岩芯时,他们找到了所期待的物质。他们鉴定出冲击石英和冲击熔化的岩石,这表明陨石坑形成于撞击而不是火山。1991年3月,克林在美国国家航空航天局约翰逊航天中心宣布了这一发现。
亚利桑那的科学家们将他们对岩芯的研究与墨西哥国家石油公司和彭菲尔德以及卡玛戈提供的地球物理数据相结合,与其他的合作者一起,为撞击-灭绝假说积累了有力的证据,并指出陨石坑是引发了白垩纪-古近纪大灭绝的撞击的遗迹。1991年,他们在《地质学》(Geology)杂志上发表了这一结果,以及他们对陨石坑尺寸为180公里的估计。在冲击石英和其他支持证据面前,许多科学家也开始关注这一理论。
亚利桑那小组用一个附近渔港的名字命名了陨石坑,这个渔港位于陨石坑中心的上方,不过它的名字很难发音:Chicxulub Puerto(希克苏鲁伯·波多黎各)。Chicxulub这个词发音为“CHICK-shuh-lube”,有时被翻译成“魔鬼的尾巴”——非常适合描述被沃尔特戏称为“末日大坑”(crater of doom)的特点。
亚利桑那小组的工作发表后不久,遥感专家意识到他们可以在卫星图像中检测陨石坑的周长。图像显示,陨石坑的周围被一个环形池塘围绕着,半径为80公里。这些也非常可能是由陨石坑的形成而导致的。陨石坑的形成会造成地下水上涨并穿过地球的表面,因此这是与陨石坑关联的进一步证据。
更多后续的支持给出了一致的结论。亚利桑那的科学家们能够证明,在较年老的岩芯中的物质是冲击熔化物,它拥有类似周围海湾中的白垩纪-古近纪沉积物的微玻璃陨石的特征。克林和博因顿还观察到希克苏鲁伯陨石坑中的熔化岩石和海地的白垩纪-第三纪界线处的玻璃沉积小球之间的化学相似性。这是希克苏鲁伯陨石坑精确形成于毁灭生命的白垩纪-第三纪界线的确凿证据。这个时候,足够强有力的证据使这一发现成为头条新闻,并为公众所知。
地质学家接着寻找了尤卡坦陨石坑和白垩纪-古近纪灭绝之间的更多联系。在陨石坑附近,正好在边界区域,扬·斯密特和沃尔特精确认证出一种地理凸起,这是一处含有小球甚至玻璃的一堆角砾岩。玻璃的发现也是重要的。玻璃只能在一个快速的、像撞击一样的过程中形成,而不能在一个相对缓慢的过程(如火山喷发)中形成。在后者的情况下,其中的原子和分子有时间形成结晶。而且玻璃的条纹进一步表明它形成太快所以不均匀。
驻地墨西哥的地质学家们的勘探和讨论揭示出更多被撞击打乱的地区,这些位置都离撞击点较近。研究还表明,位于北美的边界喷溅区的厚度随着距撞击地点的距离增大而减小,这和用希克苏鲁伯作为来源所预测的一模一样。根据来自爆炸的连续抛射物的轨迹性质,地质学家苏珊·基弗(Susan Kieffer)帮助解释了铱、撞击熔融以及冲击石英的相对分布。
到1992年,根据所有已有证据,大多数地质学家相信,尤卡坦的特征地貌的确是一个撞击坑。但是他们仍然无法确定它和白垩纪-古近纪灭绝事件的关系。详细的年龄测定是明确确认这一关联的唯一途径,这需要研究陨石坑中优质岩芯的化学成分。
通过研究岩石中的氩同位素,科学家们设法成功确定了已经存在的岩芯的年龄,特别是来自三个保存完好的玻璃小珠当中的岩芯年龄。然后,他们给海地白垩纪-古近纪层中的球状岩石确定年龄,以检查撞击和灭绝的时间是否一致。第一个测量得到年龄为6 498±5万年,而第二个测得的年龄为6 501±8万年,这个结果表明这两个事件是同时发生的(在测量的不确定度之内)。这一出色的一致性让许多科学家相信:沃尔特和其合作者最先提出的恐龙-流星体灭绝理论是正确的。喷出物正好落在古生物边界上,证实撞击与灭绝发生在同一时期。
然而后来发现:最初对陨石坑和铱层的年龄估计(这对建立因果联系至关重要)与真实值偏差了大约100万年。相对的日期并没有改变,但是对于指定年龄所必需的衰减常数最初有些许的不正确。这也是为什么我们现在认为白垩纪-古近纪灭绝发生在6 600万年前而不是6 500万年前。
对于流星体假说更强大的佐证是日期排列测量在近期的显著改善。在2013年2月,加州大学伯克利分校的研究人员保罗·莱纳(Paul Renne)及其同事们发现:希克苏鲁伯撞击与生物大灭绝发生的时间间隔少于32 000年。对于发生在如此久远的事件来说,这是一个令人难以置信的精确测量。伯克利团队使用的是氩-氩测年法,该技术依靠的是在之前章节提到的放射性同位素氩,结果表明,撞击和灭绝发生在这个非常小的时间间隔内。
他们的研究结果几乎肯定了:两个事件不仅仅是偶然的巧合,而是对撞击假说的非凡证明。尽管他们谨慎地指出,大灭绝可能是由火山喷发和天体变化而引起的,撞击事件也许只是压断骆驼背的最后一根稻草。但现在看来,则毫无疑问,创造了希克苏鲁伯陨石坑的大质量流星体的撞击才是至关重要的触发机制。
2010年3月,41位古生物学、地球化学、气候模型、地球物理学和沉积学专家相聚一堂,回顾了超过20年的、随着时间推移而积累起来的撞击物种大灭绝假说的证据。他们得出结论:确实是一颗6 600万年以前的流星体的撞击形成了陨石坑,并且引起了白垩纪-古近纪的物种大灭绝,其中最著名的受害者便是古老的恐龙。当年发表在《科学》上的一篇论文给出了对于流星体是灭绝原因的共识看法。几个月后,在同一个杂志上,持怀疑态度的古生物学家们发表了另一篇文章,指出:他们也同意,在那次物种大灭绝中,流星体至少是一个相当重要的贡献因素。
希克苏鲁伯陨石坑是地球上目前发现的最大的陨石坑之一。关于其认证的故事是一个令人难以置信的科学实践的例子,整个过程涉及巧妙归纳、测试和验证大胆假设;与此项研究相关的国家和地区也非常多,其中包括意大利、科罗拉多州、海地、得克萨斯州和尤卡坦。撞击尤卡坦的流星体对地球和地球生命造成了巨大影响。它的起源及其所产生的结果巧妙地展示了地球和宇宙间持久的联系。
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