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全球玻璃雨、怪物級(jí)海嘯…恐龍滅絕的那一天到底發(fā)生了什么?
恐龍是生命演化史上極為精彩的一章,它們演化出各式不同的形貌來適應(yīng)環(huán)境,有些身披鎧甲、有些頭頂犄角、有些碩大無朋、更有些兇狠無比。它們統(tǒng)治地球長達(dá)1.6億年,卻在6600萬年前的某個(gè)意外之中,退出了地球的舞臺(tái),僅剩下鳥類最為唯一的后裔存活至今。而與它們?cè)?jīng)同時(shí)期生活的不少動(dòng)物,如空中的翼龍,海中的蛇頸龍、滄龍等海生爬行動(dòng)物,也都隨著這個(gè)事件銷聲匿跡。根據(jù)科學(xué)家們推算,在這場大滅絕事件中,全球有超過75%的物種都被一掃而空
 
恐龍演化出豐富多彩的生命型態(tài)
(圖片來源: https://www.pinterest.jp/pin/422001427579859253/?lp=true)
 
關(guān)于恐龍如何滅絕,曾經(jīng)是一個(gè)難以解決的科學(xué)問題,許多科學(xué)家們都提出了不同的假說,包括全球范圍的傳染病、腦部萎縮、甚至是缺乏性生活等等。到了上世紀(jì)70年代,大規(guī)模的火山爆發(fā)成為主流學(xué)說,但此一學(xué)說在1980年代又受到了新的挑戰(zhàn)。

有對(duì)姓為阿爾瓦雷茲(Alvarez)的父子在意大利的地層中發(fā)現(xiàn),豐富的“銥”元素正好出現(xiàn)在恐龍消失的交界處。這種元素在地球非常罕見,因此他們推斷這是地外的星體墜落撞擊所帶來的。為了檢驗(yàn)這個(gè)假說,他們甚至到丹麥、新西蘭等地去采集樣本,而結(jié)果證明當(dāng)時(shí)全球范圍內(nèi)確實(shí)都有這種罕見元素的富集
 
在恐龍滅絕交界上的銥元素
(圖片來源: https://sciencenonfiction.org)
 
天降小行星造成恐龍滅絕的說法在當(dāng)時(shí)引起了軒然大波,同時(shí)也帶來冷嘲熱諷。畢竟,這個(gè)故事聽起來也實(shí)在太玄乎。

一轉(zhuǎn)眼,又是10年過去,科學(xué)家們終于在上世紀(jì)90年代找到了證明小行星撞擊過地球的大坑,這個(gè)坑存在于墨西哥,直徑超過180公里。小行星撞擊說,也成為了恐龍滅絕原因的主流學(xué)說。而隨著科學(xué)家們鍥而不舍的努力調(diào)查,我們現(xiàn)在甚至能還原出恐龍末日發(fā)生后的幾秒鐘到連續(xù)幾年內(nèi)接踵而來的各種連鎖災(zāi)難事件
 

Part.1


撞擊現(xiàn)場:地面溶解、怪物級(jí)海嘯、森林大火

視頻來源:BBC紀(jì)錄片《恐龍滅絕的那一天》

據(jù)推測,這顆毀天滅地的隕石來自火星和木星之間的小行星帶,整顆星幾乎全部由金屬構(gòu)成,直徑大約12公里,重量預(yù)估超過2.5兆噸(1兆相當(dāng)于1后面有12個(gè)0)!

在重力的影響下,它撞擊地球時(shí)的時(shí)速高達(dá)每小時(shí)10萬公里,因此在地面爆出了直徑180公里,深度25公里的大坑。而這場撞擊的威力,更是相當(dāng)于210億顆廣島核彈的總和

在如此的威力之下,這顆小行星也在撞擊到地球的瞬間粉碎殆盡了。
 
隕石撞擊融化了巖石,并掀起滔天巨浪
(圖片來源: 〔1〕)
 

Part.2


真正的災(zāi)難才剛剛開始

在這次的撞擊之下,毀滅的不只是小行星自身,在極度高溫及高壓之下,地面的巖石也隨之溶解甚至汽化,并彈射到大氣層之中,而這些沖上云霄的熔巖及氣體多達(dá)25兆噸,這個(gè)天文量級(jí)的巨變,對(duì)后續(xù)整個(gè)地球的環(huán)境及氣候造成了嚴(yán)重的影響。而根據(jù)墨西哥這個(gè)隕石坑探勘的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)撞擊地面后的反作用力甚至讓周邊地面在短短幾分鐘內(nèi)就讓熔巖堆棧出15公里高的山脈。
 
隕石撞擊在墨西哥的尤卡坦半島上
(圖片來源: 維基百科)
 
撞擊也在周邊的海灣掀起巨浪,在事發(fā)現(xiàn)場的墨西哥,短短幾秒鐘內(nèi)掀起了1.5公里高的海嘯。無情的巨浪吞沒了一切勉強(qiáng)活過第一波撞擊的周遭生靈,隨后能量又繼續(xù)傳遞,在接下來的幾天內(nèi),全球的海灘都遭遇怪物般海嘯的無情吞噬。海嘯傳導(dǎo)到世界各地也許還要幾天,但在3000公里外的某個(gè)遠(yuǎn)古河岸邊,卻面臨了另一場嚴(yán)峻的考驗(yàn)。
 

Part.3


世界范圍:天空下起玻璃球、內(nèi)陸湖海掀起巨浪

在美國的北達(dá)科他州(North Dakota)的荒漠之中,科學(xué)家意外發(fā)現(xiàn)了隕石撞擊后的“犯罪現(xiàn)場”。原先有許多團(tuán)隊(duì)都在這片荒漠之中研究魚類,并認(rèn)為這里是個(gè)內(nèi)陸湖泊,但近來他們卻意外發(fā)現(xiàn),這些魚類的鰓之中卡了許多小礫石大小的玻璃隕石珠子。這些玻璃珠子來自墨西哥大撞擊之后,熔巖彈射到空中后硅化物的熔巖形成水滴狀落下,這在墨西哥的撞擊現(xiàn)場也有大量發(fā)現(xiàn),是小行星曾經(jīng)造訪地球的證據(jù)之一。也就是說,在隕石撞擊后,全球各地開始降下小卻熾熱的成噸玻璃球雨滴,而這也證明了這些魚是死于隕石撞擊后的幾小時(shí)內(nèi)。
 
藍(lán)色部分為魚鰓,綠色及青色的小球?yàn)橹旅牟Aв甑?/section>
(圖片來源: 〔2〕)
 
此外,科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn),這里不只有魚類,還有一些植物的樹干,它們都朝向同一個(gè)方向,代表它們不是在湖泊中自然死亡,而是被一場巨浪沖了過來。隨后,還在這個(gè)地層中找到如三角龍等陸地生物的殘骸,此外也找到一些海中的魚類。這些證據(jù)的出現(xiàn),更加表明這里并不是一個(gè)內(nèi)陸湖,而是一個(gè)靠近出海口(當(dāng)時(shí)的美國被一個(gè)內(nèi)陸海分裂成東、西兩部分)的河岸邊,受到隕石撞擊的影響而掀起了滔天巨浪,讓這些無論是陸上、河中、海里的生物都被巨浪吞噬而埋沒在一起,并被厚厚的沙泥覆蓋住。不過雖然都是巨浪,但這里的巨浪卻不是撞擊處傳過來的海嘯。
 
魚類及樹干都朝向同一方向死亡
(圖片來源: 〔2〕)
 
在墨西哥的撞擊融化了4萬立方公里的巖石,這些熔巖以時(shí)速3萬6千公里被彈射到大氣層之中,某些甚至就沿路飛出地球,至今還在木星周邊旅行。而其余保留在大氣層的熔巖在撞擊后的13分鐘至25分鐘內(nèi)就形成玻璃雨滴,拍打在這個(gè)星球的動(dòng)物及植物之上。這些小玻璃直徑雖然僅有1毫米,但它們撞擊到動(dòng)植物時(shí)的時(shí)速卻可高達(dá)3萬6千公里,甚是令許多植物開始起火燃燒,演變?yōu)樯执蠡鸬膽B(tài)勢。而這場致命的玻璃雨,一下就是兩個(gè)小時(shí)
 
當(dāng)天空下起了玻璃雨
(圖片來源: 〔1〕)
 
前面提到,在這片區(qū)域的魚化石的魚鰓中找到了許多這種玻璃球,代表這場淹沒北美的巨浪發(fā)生在玻璃雨之后,這些魚先經(jīng)歷了玻璃雨才被沖到陸上。但另一方面,這場巨浪距離這場雨也不會(huì)太久,否則就無法在化石中保留這么豐富的玻璃球。因此,科學(xué)家們推斷這個(gè)巨浪應(yīng)該在撞擊后的2小時(shí)左右就發(fā)生了。但是,這里距離撞擊中心有3000公里,如果是撞擊的海嘯過來,那么需要18個(gè)小時(shí)。因此,科學(xué)家認(rèn)為,這次的巨浪是另一種叫做“假潮(seiche)”的機(jī)制所引發(fā)。它就像在一個(gè)碗中裝水,如果碗發(fā)生了震動(dòng),水面也會(huì)掀起波紋,因此海嘯雖然來不及傳過來,但撞擊所發(fā)生的地震已經(jīng)讓這里的河流及內(nèi)陸海波濤洶涌。
 
10米高的“假潮”巨浪席卷大陸
(圖片來源: 〔1〕)

但如果你以為這些就是造成多數(shù)恐龍滅絕的主因,那就太瞧不起這些經(jīng)歷地球1.6億年的王者們了。這些災(zāi)難的確可以迅速對(duì)世界各地許多生物群造成重創(chuàng),但真正把這些爬行動(dòng)物趕出歷史舞臺(tái)的,還是接下來連年的恐怖事件。

Part.4


撞擊之后:霧霾遮天蔽日、全球連年嚴(yán)寒

國際科研團(tuán)隊(duì)從2016年以來就不斷在墨西哥的小行星撞擊現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)查,他們驚人地發(fā)現(xiàn),這顆小行星撞在了一塊“風(fēng)水寶地”上,才最終導(dǎo)致了恐龍的滅絕。
 
從撞擊坑鉆孔采集的巖石樣本
(圖片來源: 〔1〕)

在隕石撞擊處采集到的樣本中,可以發(fā)現(xiàn)大量含碳的地層,這就代表這個(gè)墨西哥的海灣其實(shí)曾經(jīng)是片森林,因?yàn)檫@次撞擊,1500公里范圍內(nèi)的樹木瞬間燃燒殆盡,因此才有這層碳的埋藏。但這還不是全部,在這層碳之上還有第二層同樣充滿碳的埋藏,這可能象征了當(dāng)時(shí)下起的玻璃雨在全球都造成了森林大火,延續(xù)幾個(gè)月甚至數(shù)年之久,而這些燃燒的煤煙就進(jìn)入大氣之中,最后緩緩降落變成這第二層的碳。

全球范圍的森林大火
(圖片來源: 〔1〕)
 
除了砸在森林上造成有機(jī)物大片燃燒以及進(jìn)一步導(dǎo)致全球大火外,科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)這里的地層底下還埋有大量的石膏。這些石膏在撞擊過程會(huì)產(chǎn)生大量的二氧化碳及硫。這些硫在第一時(shí)間到了空中形成酸雨,短短幾天內(nèi),全球降下了400億噸以上的酸雨,大量改變海洋環(huán)境,殺死許多海洋生物。而更可怕的是形成二氧化硫后留在空中的氣體以及森林大火產(chǎn)生的煤煙。這些物質(zhì)停留在大氣層之中遮蔽了陽光,這個(gè)過程長達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年,導(dǎo)致全球的植物和藻類因?yàn)闊o法進(jìn)行光合作用而大量死亡,全球的生態(tài)系統(tǒng)因此瓦解

而根據(jù)科學(xué)家的模型“樂觀的”推算,這些排到空中的二氧化硫能在接下來的3~16年內(nèi)讓全球溫度下降15~30度,進(jìn)入全面寒冬的狀態(tài),并且要30年才能恢復(fù)。前面說過,這已經(jīng)是“樂觀的”推算,也就是實(shí)際情況可能比這個(gè)更加糟糕。
 
在前面那些災(zāi)難中幸存的恐龍,接下來要面對(duì)的是連年的嚴(yán)寒和饑餓
(圖片來源: 〔1〕)

先是突如其來的大火,然后全球暗無天日,植物死亡導(dǎo)致植食的恐龍也開始餓死,最后如霸王龍這樣的霸主也只能在饑寒交迫下退出了生命史的舞臺(tái)。而科學(xué)家們還發(fā)現(xiàn),其實(shí)這顆小行星如果稍微早一點(diǎn)或晚一點(diǎn)“撞”向地球,也許就相差幾分鐘,它就會(huì)掉入太平洋或大西洋之中,屆時(shí)雖然也會(huì)有海嘯等等,但也許就不會(huì)造成玻璃雨、森林大火、二氧化硫等等連鎖效應(yīng)。只能說,恐龍的運(yùn)氣真的太差了!
 
(圖片來源: https://kknews.cc/science/2a4yby.html)

參考文獻(xiàn):

1. Antje Gerd Poulsen (2020). New discoveries disclose the dinosaurs’ dying days: Doomsday moment by moment. Science Illustrated: 24-35.

2. Depalma, Robert A.; Smit, Jan; Burnham, David A.; Kuiper, Klaudia; Manning, Phillip L.; Oleinik, Anton; Larson, Peter; Maurrasse, Florentin J.; Vellekoop, Johan; Richards, Mark A.; Gurche, Loren; Alvarez, Walter (2019). 'A seismically induced onshore surge deposit at the KPG boundary, North Dakota'. Proceedings of the National Academy of Sciences. 116 (17): 8190–8199.

3. Kaiho, K., & Oshima, N. (2017). Site of asteroid impact changed the history of life on earth: the low probability of mass extinction:. Scientific Reports, 7(1), 14855.

4. Kaiho, K., Oshima, N., Adachi, K., Adachi, Y., Mizukami, T., & Fujibayashi, M., et al. (2016). Global climate change driven by soot at the k-pg boundary as the cause of the mass extinction. Scientific Reports, 6, 28427.

5. Morgan, J. V., Gulick, S. P., Bralower, T., Chenot, E., Christeson, G., & Claeys, P., et al. (2016). The formation of peak rings in large impact craters. Science, 354 (6314), 878-882.

 
出品:科普中國
制作:廖俊棋

(中國科學(xué)院古脊椎動(dòng)物與古人類研究所博士生 

美國耶魯大學(xué)地質(zhì)與地球物理系訪問學(xué)者)

監(jiān)制:中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
(本文中標(biāo)明來源的圖片已獲得授權(quán))


本文首發(fā)于中國科普博覽(kepubolan)

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