巨型撞击事件是恐龙兴起的推手,而不仅仅是它们的终结者?

2亿年前的巨型撞击事件是否引发了一场大灭绝,并为恐龙的崛起铺平了道路?

作者:自然杂志的罗夫·史密斯

需要稍微摆弄一下,在迷宫般的老路上错过几个转弯,还要好好地折叠和展开早上买的英国地形测量局地图,但最终保罗·奥尔森和丹尼斯·肯特还是设法找到了那条没有标记的通道,它穿过树林,通往拉弗诺克角荒凉的海岸线,这是一个位于英国威尔士卡迪夫以南的狂野、悬崖峭壁的海岬。

奥尔森和肯特将租来的汽车停在泥泞的路边临时停车处。细雨开始落下,远处传来低沉的雷声。两位地球科学家一边善意地抱怨着英国的气候,一边披上派克大衣,将背包甩到肩上,开始沿着湿滑的小路走下去,又是一个下午的寒冷、潮湿和泥泞,他们要寻找线索,揭示2亿年前那场神秘事件,那场事件几乎 wipe out 了地球上的大部分生命,并让恐龙接管了世界。


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恐龙强大统治的终结方式已相当明确:大约在 6500 万年前,墨西哥尤卡坦半岛奇克苏鲁布附近的一次灾难性小行星撞击,被广泛认为是终结了恐龙时代,并开启了哺乳动物时代的事件。

奥尔森和肯特都在纽约州帕利塞兹的哥伦比亚大学拉蒙特-多尔蒂地球观测站工作,他们长期以来一直推测,奇克苏鲁布事件可能只是历史的重演:另一次小行星撞击,发生在 1.35 亿年前,可能 wipe out 了,或者至少参与了 wipe out 三叠纪晚期的大部分动植物。这将使恐龙能够在随后的侏罗纪时期(2 亿至 1.45 亿年前)遍布全球,进化出巨大的身躯,并在地球上占据统治地位,直到下一次大撞击灾难。

骤然死亡

可以肯定的是,在三叠纪末期确实发生了一些剧烈的事情,因为在短短几千年内,已知当时存在的一半属突然从化石记录中消失了。在海洋中,20% 的科突然消失,包括整整一纲生物——鳗鱼状的牙形石。在陆地上,死亡人数甚至更高。这是地球历史上最严重的物种大灭绝之一,而且在如此遥远的时间距离上,也是最不为人所知的之一。“关于三叠纪-侏罗纪大灭绝,任何人可以确定的唯一一件事就是它发生了,”奥尔森说。“无论是什么原因导致了它,它发生得如此迅速,以至于大多数生命形式根本没有时间适应和进化以应对变化。”

如今,科学家们普遍认为,灭绝是由与泛大陆盘古大陆分裂有关的大规模火山活动造成的。一系列的火山喷发形成了一个巨大的地质构造,称为中大西洋岩浆省(CAMP;参见“时代终结”)。“我们在这里谈论的火山活动规模,比人类所目睹的任何火山活动都要大数千倍,”独立的加拿大地质学家格雷戈里·麦克洪说,他一生中的大部分时间都在调查 CAMP 火山事件,并为它参与三叠纪-侏罗纪大灭绝建立了一个令人信服的案例。

1783 年冰岛拉基火山的溢流玄武岩喷发,为研究人员提供了一个缩小规模的模型,展示了三叠纪晚期的情况可能有多糟糕。拉基火山喷发出的硫磺气体形成了雾霾,使地球降温,并导致了广泛的作物歉收和饥荒。麦克洪说,这最终导致了估计 600 万人的死亡。但尽管拉基火山的喷发是灾难性的,但它只喷出了 15 立方公里的玄武岩。CAMP 事件产生了 200 万立方公里或更多,在一系列的脉冲中交替出现,既有硫磺雾霾使气候变冷,也有二氧化碳和甲烷的大量排放使气候变暖。海洋变得酸化,部分地区缺氧,而在陆地上,闪电激增引发了大范围的火灾。麦克洪说,地球上的许多生命形式根本无法从这一连串的打击中恢复过来。

这是一个合理的理论,奥尔森和肯特都欣然承认——甚至,也许是最有可能的理论。尽管如此,CAMP 理论仍然留下了许多悬而未决的问题,尤其是灭绝的突然性。三叠纪晚期的喷发跨越了数十万年,但化石记录中显示的死亡似乎是迅速的。还有“蕨类植物峰值”呢?美国东海岸的三叠纪晚期沉积物中含有大量的蕨类植物孢子化石。

肯特说,蕨类植物通常是自然灾害后第一批出现的植物。“如果你查看化石记录,你会看到,就在灭绝发生的时候,蕨类植物突然大量激增,但明显早于大量的玄武岩流——至少在我们美国的地区是这样。”在其他地点,灭绝似乎与最古老的玄武岩层重合,这在迄今为止进行的测年误差范围内。

“我们揭开这个谜团的唯一方法是制定一个时间表,尽可能精确地制定一个时间表,记录世界各地导致这场灾难的各种事件,”肯特说。为了追寻这个时间表,奥尔森和肯特进行了全球性的探索,从北卡罗来纳州到加拿大新斯科舍省;从中国到德国、意大利、奥地利和摩洛哥的阿特拉斯山脉;现在又到了威尔士。

恰逢其时

奥尔森思考撞击事件与三叠纪-侏罗纪灭绝之间可能存在的联系已经超过 20 年了,但小行星理论最大的缺点之一是,直到最近,还没有人找到任何证据表明,在灭绝事件发生的时间附近,发生过这样一场灾难。然后,去年,法国和德国的研究团队重新测定了在法国西部罗什舒阿尔特附近一次大规模撞击留下的一处严重侵蚀的构造。之前的工作将撞击时间定在大约 2.14 亿年前,远在灭绝事件发生之前。但修订后的日期为 1.99 亿至 2.03 亿年前,与灭绝事件的时间(已确定为 2.014 亿年前)重叠。

该论文的作者还提出,由这颗直径 2 公里的小行星以每秒超过 25 公里的速度撞击地球所产生的巨大冲击波,可能解释了英国西部三叠纪晚期石灰岩和页岩层中无法解释的涟漪和扰动——这些沉积岩层与大灭绝事件相吻合。“当我读到这篇文章时,”奥尔森说,“我决定是时候来这里仔细观察一下了。”

当奥尔森沿着威尔士悬崖的底部攀爬时,他的故事让三叠纪的世界栩栩如生。那里有猴子蜥蜴,它们长着鸟喙般的脸、长长的手臂和抓握的尾巴;鳄鱼状的生物像狗一样小跑着;还有浅热带海域,鲨鱼成群结队,就在今天这片砾石滩所在的地方。“然后突然一切都戛然而止,”奥尔森说。

奥尔森对这个失落世界的迷恋可以追溯到 1968 年,当时他是新泽西州利文斯顿的一名 14 岁少年,他听说在附近的罗泽兰采石场的岩石中发现了恐龙足迹。他和一位同学骑上自行车,骑到采石场,发现到处都是化石。

当这两个朋友读到高中二年级时,他们已经编目了数千块来自三叠纪晚期和侏罗纪早期的爬行动物化石和足迹。他们变得如此投入,以至于当采石场及其宝藏要被卖掉并开发成住宅区时,这两个青少年发起了一场宣传活动来拯救它。

很快,《生活》杂志打来了电话,他们的活动引起了全国的关注。奥尔森甚至制作了一个可怕的三趾野兽留下的足迹模型,并将玻璃纤维模型寄给了时任美国总统理查德·尼克松。

这种厚颜无耻的宣传帮助保护了这个富含化石的地点,而玻璃纤维足迹则在理查德·尼克松总统图书馆找到了一个位置。

奥尔森与肯特在英国西部的旅行保留了一些学生的创业精神和人类规模的科学感:两位研究人员在十字路口为走哪条路而友好地争吵;在当地超市停下来,购买更多的塑料三明治袋来装他们的岩石样本;使用一台自行改装的电池供电钻机来采集岩芯样本;甚至在一天结束时,当他们穿着泥泞的靴子笨拙地走进旅馆时,还受到了尖酸刻薄的女房东的责骂。

爆炸力

在拉弗诺克角,科学家们无视雨和雷声,开始工作。奥尔森走到悬崖底部,指着大约齐腰高的浅黄色石灰岩层。“就在那里,事情发生了:那是灭绝线,”他说。对于外行来说,这很普通:只是石灰岩和页岩交替的条带,偶尔被成簇的紫色缬草点缀。但仔细检查会发现充满沙子的裂缝和颗粒状、大小不规则的物质沉积物——这些扰动可能是海啸或特大地震造成的。

奥尔森说,这里和英国其他三叠纪晚期地点的受扰动地层具有独特的方向,所有的角度都好像不安的来源在罗什舒阿尔特附近。

当罗什舒阿尔特陨石坑形成时,对于世界上的这个地区来说,那肯定是非常糟糕的一天。重新确定其年代的研究人员估计,这次撞击将产生高达 11.5 级的地震——比有记录以来的任何地震都要强大 100 倍。

伦敦帝国学院的地球科学家加雷思·柯林斯说,地震可能要小得多,但仍然是巨大的。柯林斯和来自印第安纳州西拉法叶普渡大学的研究人员开发了一个在线计算器,用于模拟撞击的影响。他们的算法生动地描绘了,在小行星以超过一百万兆吨三硝基甲苯(TNT)的爆炸力撞击后,在威尔士这个地点会发生什么。即使在 600 多公里的距离之外,海滩也会遭受飓风般的狂风和碎片冰雹的袭击。

这些碎片将带有撞击的化学特征,这些特征可能仍然存在于沉积岩层中。牛津大学的地层学家斯蒂芬·赫塞尔博和地球化学家肯·阿莫尔也加入了奥尔森和肯特的户外考察,他们正在采集样本,用质谱仪进行分析。他们将测量铬同位素的比率,并寻找一种陨石特有的同位素。奥尔森还将把来自这个地点的样本送到另一个实验室,以寻找其他指示撞击的标记物。

如果这些测试在威尔士和其他地方的三叠纪晚期沉积岩层中检测到外星信号,这将是撞击事件与三叠纪-侏罗纪大灭绝事件之间的第一个实质性联系。但时间上的巧合并不能证明撞击是原因。“这两件事可能在大约同一时刻发生,但彼此没有任何关系,”奥尔森说。

更令人担忧的是,罗什舒阿尔特撞击事件似乎还远远不足以解释全球范围内的物种大灭绝——至少,仅凭它自身的力量是不够的。这个 25 公里宽的埋藏陨石坑最初可能有 40 到 50 公里宽,但与奇克苏鲁布 180 公里宽的伤疤相比,它只是一个小麻点。“根据我们的估计,就全球环境后果而言,罗什舒阿尔特相当小,”柯林斯说。

拾起碎片

奥尔森说,就目前而言,对罗什舒阿尔特事件做了什么或没做什么下任何确定的结论都为时过早。这需要来自世界各地三叠纪晚期地点的更多数据。仅今年一年,他就三次跨越大西洋,从英国和摩洛哥采集样本。本周他将回到阿特拉斯山脉,考察更多地点。他和他的同事们不仅在沉积物中寻找外星撞击的迹象,还在寻找其他线索,例如灭绝层和可能与 CAMP 喷发有关的化学特征。奥尔森说,所有这些数据都将帮助团队理清世界各地事件的相对时间,并创建一幅更完整的图景,了解发生了什么以及生命是如何做出反应的。

他怀疑罗什舒阿尔特可能只是“一个更大谜题的一部分”。也许它是大约在同一时间发生的一系列小行星撞击事件之一。或者,单独的法国撞击事件可能是压垮骆驼的最后一根稻草,当时世界已经因火山喷发而摇摇欲坠。或者,撞击可能首先发生,削弱了生态系统,以至于当喷发开始时,生命一落千丈。

奥尔森说,理清答案需要一些时间,他湿漉漉、泥泞不堪地沿着小路走回去,结束了又一个在寒冷的威尔士雨中令人疲惫的下午。“没有简单的方法可以做到这一点,”他说。“但我相信,最终我们将能够将碎片拼凑起来,并知道发生了什么以及为什么会发生。”

本文经《自然》杂志许可转载。这篇文章于 2011 年 11 月 16 日首次发表

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