科學家破解滅絕恐龍隕石來源之謎
大家知道,地球生命的演化過程,并不是一帆風順的;涗涳@示,地球自形成生命以來,總共經歷了5次生物大滅絕事件。這些事件導致了地球上生物多樣性急劇減少。
第一次發生在奧陶紀-志留紀滅絕事件,距今約4.45億年前,導致約85%的物種滅絕,海洋無脊椎動物如三葉蟲和腕足動物受影響嚴重。
第二次是泥盆紀-石炭紀滅絕事件,距今約3.6億年前,主要影響海洋生物,約70-80%的物種滅絕,包括珊瑚、腕足動物和魚類。
第三次是二疊紀-三疊紀滅絕事件,發生在約2.52億年前,是地球上最大的一次滅絕事件,約96%的海洋物種和70%的陸地脊椎動物滅絕,海洋和陸地生態系統都遭到重創。
第四次是三疊紀-侏羅紀滅絕事件,約2億年前,導致約75%的物種滅絕,很多大型爬行動物和海洋生物消失,為恐龍的崛起提供了生態空間。
第五次是白堊紀-古近紀滅絕事件,約6600萬年前,導致約75%的物種滅絕,包括著名的非鳥恐龍、菊石等。
上述滅絕事件的原因各異,包括大規模的火山活動、氣候巨變和外來小天體的撞擊等。而小天體撞擊被認為是導致第五次,也就是恐龍大絕滅的原因。這次大撞擊發生在墨西哥灣的?颂K魯伯區域。
這一結論是如何得到的?是否存在爭議呢?
以下是?颂K魯伯小天體撞擊被視為“大滅絕禍首”的幾個原因:
一是時間上的一致性:地質證據顯示,希克蘇魯伯小天體撞擊發生在大約6600萬年前,與K-Pg滅絕事件幾乎同時。
二是全球影響:小天體產生的巨大能量導致了全球性的環境變化。它被認為產生了大量的塵埃和氣溶膠,這些物質進入大氣層,可能導致陽光被遮擋,進而引發“核冬天”效應,導致全球氣候劇烈變冷。
三是地質證據:在全球的同一沉積地層中發現了一層富含銥的沉積物,而銥在地球表面相對較少,通常與地外小天體有關。這為小天體撞擊提供了證據支持。
盡管這個假說被廣泛接受,但也存在一些爭議和其他觀點:
一是火山活動。一些科學家認為,與小天體撞擊同時期發生的劇烈火山活動(如印度的德干暗色巖噴發)也可能對氣候造成了重大影響,可能是導致生物大滅絕的主要或共同原因。
二是同步性和區域性影響。雖然撞擊和滅絕事件在時間上很接近,但是否所有地區都同步感受到滅絕效應仍有討論。此外,撞擊對不同區域生物群落的具體影響可能存在差異。
三是復合因素。一些研究者認為,大滅絕可能是多種因素共同作用的結果,包括小天體撞擊、火山活動、海平面變化和氣候波動等。
總體而言,盡管存在爭議,?颂K魯伯小天體撞擊仍被認為是第五次生物大滅絕的重要因素之一,與其他可能的環境壓力共同促進了這一重大的生物滅絕事件。可見,盡管存在一些爭議,但都不否認小天體撞擊對第五次生物大絕滅的影響。而且,全球很多科學家還在圍繞這一話題開展研究。
國際大洋計劃第364次任務(IODP-364)就是專門研究?颂K魯伯撞擊坑的,來自全球十多國家的30多位科學家參與了這項工作。我作為來自中國的科學家代表,主要任務是研究這次撞擊事件造成的沖擊變質現象,也就是在巨大的撞擊壓力下地球巖石的變形變質特征。
關于這次撞擊的小天體類型和來源,也有很多科學家在開展研究。最近發表在《科學》期刊上的論文,就是對這一問題很好的回答。
論文作者利用釕(Ru)——一種鉑族元素——的同位素構成來研究隕石的屬性。之所以選擇釕,是因為它在不同的隕石類型之間表現出顯著的差異,而這些隕石群的釕同位素組成也與地球不同,因此釕可以用來確定撞擊巖中地外成分的來源。
不僅如此,隕石的釕同位素特征,還隨其母體小行星在太陽系早期形成時的日心距離(與太陽的距離)而變化。根據各種元素同位素組成的差異,可將隕石分為兩大類:碳質球粒(CC)隕石,以及非碳質(NC)隕石。相比之下,碳質球粒隕石來自碳質(C-型)小行星,它們形成于更大的日心距離,即位于木星軌道之外。非碳質隕石中很多是硅質(S-型)小行星的碎片,形成于火星和木星之間。
該項研究發現,產生白堊紀-古新世界線的?颂K魯伯隕石具有不同于地球的釕同位素組成,而與碳質球粒隕石的釕同位素組成一致。這意味著希克蘇魯伯隕石來自具有碳質球粒成分的天體,也就是起源于外太陽系,位于木星軌道之外。
那么,這一研究成果還有哪些意義呢?
首先是為找到第五次生物大滅絕的元兇找到了更多的證據。前面說過,大部分證據都指向小天體撞擊,其中一個重要證據就是沉積地層中的鉑族元素來源。盡管來自隕石的可能性很大,但是基性火山巖的噴發也可以帶來一定程度的鉑族元素富集。而本項研究排除了(白堊紀-古近紀)界線黏土層中鉑族元素升高源于同期火山噴發的可能性,也排除了前人提出的希克蘇魯伯隕石的彗星起源的可能性。
其次是進一步提醒地球居民,飛來橫禍是完全有可能的,即使是遠在數億公里之外的小天體,也有可能會撞擊地球。因此,開展小天體運動軌跡的研究,特別是近地小天體監測和小天體防御是非常重要的。
作者:中國地質大學教授肖龍
審核:中國科學院國家空間科學中心研究員周炳紅
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