本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
一艘非凡的船只——一部分是船，一部分是钻井平台——正在墨西哥普罗格雷索港进行装备，以便钻探到地球的过去。今年春夏，它将尝试获取一个细长的岩石圆柱体，宽 3 ¼ 英寸，长 3,300 英尺，从大约 5000 万年前的始新世世界开始，一直钻探到 6600 万年前，当恐龙消失时，小行星撞击所创造和扭曲的岩石中。
在众多科学目标中，该项目将测量奇克苏鲁伯撞击事件的新日期，自 1980 年首次提出该理论以来，该撞击事件被广泛认为是导致恐龙灭绝的原因。
需要使用最新一代高精度岩石年代测定技术来确定新日期，因为地球科学领域的一场静悄悄的革命已经改变了我们对地球过去的大灭绝事件的理解，包括白垩纪末期的大灭绝。
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地球时间
这场革命的核心是地球时间（EARTHTIME），这是一个国际合作项目，由麻省理工学院的萨姆·鲍林教授带头，对放射性岩石测年的精确性和准确性进行了根本性的改进。放射性元素（例如铀）会衰变成其他元素（例如铅）。它们衰变的速度称为“衰变常数”，并且已知非常精确。如果您知道母元素有多少变成了子元素，则可以使用衰变常数来计算该岩石形成的日期。
为了了解更多信息，我采访了地质年代学家塞思·伯吉斯，他是鲍林以前的学生，现在在美国地质调查局工作。“在过去的 10 年或 15 年里，地质年代学的准确性和精确性有了显著的进步，”伯吉斯告诉我。准确性和精确性之间的区别很重要。想想射箭。如果一个射手发射了几支箭，它们没有击中目标，但都击中了树上的同一个点，那么他很精确，但不准确。如果射手把他的箭散布在目标各处，他是准确的，但不精确。如果他把所有的箭都射中靶心，那么他既准确又精确。
在年代地质学中，你需要两者兼备，而且，伯吉斯说，这些关键参数的许多改进“都来自地球时间倡议，因此实验室之间的协议更好。这在数据质量上是一个很大的转折点。”
巧合和速度
为了理解地球遥远过去的大变化期间发生了什么，有两个基本的时间问题需要解决：巧合和速度。
科学家必须在拟议的原因和结果之间建立巧合。地质时间尺度中有大量的时间，因此，如果火山爆发发生在一次大灭绝事件之后，或者如果它发生在灭绝之前很久，以至于没有合理的机制将两者联系起来，那么指责它就没有意义。
科学家还必须确定变化的速度有多快。
“快”有多快？
简而言之，需要考虑两个时间范围：1,000 年和 10,000 年。
当涉及到海洋生物的大灭绝时，海洋酸化已被认为是杀戮机制之一（缺氧的死区蔓延是另一个，它本身是由海洋酸化和全球变暖引发的一系列生物后果触发的）。
在超过 10,000 年的时间范围内发生的变化往往会被海洋和陆地上的补偿性化学反应所抵消，因此，海洋酸化的合理驱动因素必须在约 10,000 年内使海洋超载。
1,000 年大约是当今世界海洋完全混合所需的时间，但在气候变暖的情况下，可能需要更长的时间。几个世纪以来（如人类排放）的大量二氧化碳排放主要被海洋的表层吸收，然后才有机会混合并稀释到更大的深海储层中，导致对生命构成挑战的全球变暖和表层海洋酸化。这些地质学上的“快速”变化往往对生命有害。
更好的日期
直到最近，对于大约 1 亿多年前的岩石，岩石年代测定的不确定性通常为数百万年。这比回答大灭绝中巧合和速度问题所需的不确定性差 100 多倍。
但科学家们现在已经大大降低了这些不确定性，在白垩纪时期实现了大约正负 13,000 年的日期精度，在二叠纪时期实现了大约 50,000 年的日期精度。
因此，在过去三年左右的时间里，一系列具有里程碑意义的论文使用了这些新的高分辨率日期来确定几次大灭绝事件与一种被称为“大型火成岩省”或“LIP”的史诗般的火山爆发之间的联系，其影响令人恐惧地让人联想到现代气候变化。这是 2.01 亿年前的三叠纪末期大灭绝、2.519 亿年前的二叠纪末期大灭绝，以及侏罗纪的托尔西亚灭绝事件、二叠纪的卡皮坦灭绝事件灭绝、早-中古寒武纪灭绝事件以及更小的古新世-始新世热最大值 (PETM) 的情况。
伯吉斯使用新技术确定，二叠纪末期大灭绝——地球上最严重的大灭绝——在不到 61,000 年的时间里发生，从 2.519 亿年前开始，与现代沉积物中测量的碳同位素记录的碳循环的巨大变化相吻合。然后，他能够将这些日期与他从西伯利亚暗色岩火山岩中测量的日期进行比较。它们是精确匹配。
更仔细地观察白垩纪末期大灭绝。红色条：氩-氩法测定年代，绿色条：铀-铅法测定年代；垂直范围表示不确定性。旧日期为德干熔岩的日期。紫色方框包含新的高精度日期。水平蓝色条：白垩纪末期大灭绝的日期及其不确定性（基于撞击痕迹）。黄色条：德干火山喷发，并标明了最大的 Wai 熔岩。生态衰退和恢复基于怀俄明州/蒙大拿州的化石。资料来源：Richards 等 (2015)、Schoene 等 (2015)、Renne 等 (2015)、Renne 等 (2013)、Sprain 等 (2015)
“在[2.519 亿年前]之前，西伯利亚暗色岩熔岩的总体积有一半以上喷发，在发生大灭绝的时间开始的不确定范围内，也包括大灭绝的停止。所以，这是一个非常非常快的情况。”
这足以用 900 英尺深的熔岩覆盖整个美国，所有这些都在精确的时间喷发，而且速度足够快，足以宣布这是一个“确凿证据”，从而确定了火山喷发与大灭绝之间的联系。
确定恐龙灭绝的日期
多年来，人们认为白垩纪末期的大灭绝是由印度火山爆发引起的，然后被墨西哥的奇克苏鲁伯小行星撞击完成（“压力-脉冲假说”）。印度德干暗色岩的火山喷发被认为速度太慢，而且其影响太温和，无法单独造成全球物种灭绝。但是，正如二叠纪末期、三叠纪末期和其他灭绝事件的新日期现在所显示的那样，LIP 的爆发确实可以在没有小行星帮助的情况下导致灭绝。事实上，自复杂动物进化以来，没有任何其他大灭绝与小行星撞击有关，尽管在那段时间里，有其他几次撞击几乎与奇克苏鲁伯一样大。
2015 年 1 月，普林斯顿大学的地质年代学家布莱尔·舍恩和他的同事测量了德干火山喷发的日期，结果表明，它们的时间和持续时间恰到好处，可以触发白垩纪末期的大灭绝，其模式与二叠纪末期和三叠纪末期观察到的模式非常相似。
但是，火山爆发似乎也与奇克苏鲁伯撞击的日期相吻合。
比较苹果和桔子
布莱尔的研究使用了对一种名为锆石的矿物进行铀铅定年，但是奇克苏鲁伯撞击的公认日期使用了不同的技术：氩-氩定年法。
氩-氩定年法是一种更常见的火山岩定年技术，因为它可以从 LIP 熔岩和火山灰沉积物中常见的长石矿物中测量，而锆石在 LIP 岩石中很少见。氩-氩定年法经历了自身的精度革命，现在所达到的精度几乎与使用锆石的新铀-铅定年法一样好。
但是氩-氩定年法与铀-铅定年法是一种非常不同的技术。它需要校准到参考材料，并且涉及在核反应堆中照射样品。“氩-氩法和铀-铅法之间存在差异，”伯吉斯说，“在某些情况下，差异为 0.1-0.2%——我们谈论的是白垩纪末期 60,000 年。其中一个日期上的 60,000 年的不准确性对生物圈来说意味着很多。“为了比较铀-铅和氩-氩法测定的日期，并以稳健的方式进行比较，你必须叠加不确定性，以解释潜在的不准确性。这使我们可以有效地将苹果与桔子进行比较。”
为了强调这一点，在2010年和2011年，一种广泛使用的参考物质“鱼峡谷透长石”的年代被从2802万年前修正为2830万年前，这导致白垩纪的年代变化了大约50万年（这也是为什么白垩纪末期事件从6500万年前修正为6600万年前的原因）。
这种差异为围绕这次大灭绝的主要原因和事件顺序的辩论火上浇油。
普林斯顿大学的格塔·凯勒长期以来认为，希克苏鲁伯撞击事件发生在大灭绝之前10万年或更久，因此不可能是大灭绝本身的原因，她和其他人将大灭绝归因于德干地盾溢流玄武岩。为了支持这一观点，科学家们在世界各地的沉积物中记录了许多火山活动的示踪剂，这些示踪剂跨越了白垩纪末期的大灭绝，包括锇同位素、一种名为“赤金矿”的矿物、氧化铁的损失以及汞含量飙升（汞含量飙升似乎是几次溢流玄武岩事件的一个一致特征）。
更糟糕的是，对世界各地的白垩纪末期岩石进行关联涉及到测量冻结在岩石中的古代磁场反转，但对于白垩纪末期附近这些反转的持续时间，不同的测年技术存在相当大的分歧（约74万年 对比 约40万年）。
加州大学伯克利分校的地质年代学家：保罗·雷恩、考特尼·斯普兰及其同事最近使用德干熔岩的氩-氩年代测定，确定了德干最大规模的喷发发生在小行星撞击大约5万年内。这些日期是首次使用相同的氩-氩技术，将在怀俄明州测量的小行星撞击日期确定在印度德干地盾溢流玄武岩喷发的时间段内。换句话说，这是一个同类比较。
因此，现在撞击、德干地盾喷发和大灭绝之间存在三重巧合。甚至与德干喷发有关的高汞含量也跨越了小行星撞击的痕迹，后者由铱含量飙升所表明，这加强了撞击和喷发在时间上非常接近的观点。
这些新的年代测定改变了父子路易斯和沃特·阿尔瓦雷斯于1980年首次提出的撞击灭绝假说。沃尔特是加州大学伯克利分校马克·理查兹教授领导的一篇最新论文的合著者，该论文表明，希克苏鲁伯撞击后在地球上传播的地震震动加剧了德干喷发的严重性，将“压力-脉冲”灭绝假说的“压力”和“脉冲”放在了完全相同的时间（就日期精度允许的范围而言）。
但这里有个难题。多年来，大灭绝的日期一直被假设为与撞击日期相同——这一假设被凯勒教授批评为“循环论证”。在几年前的广泛日期不确定性中，这种假设对许多科学家来说似乎是合理和实用的。但现在，随着地质年代学家让我们以前所未有的细节放大观察白垩纪末期的大灭绝，他们可以开始将该假设分开来看。
显然，能够比较撞击本身（而不是其遥远的痕迹）、灭绝本身（而不是将其假设为撞击的替代物）和喷发的精确日期至关重要。
钻探撞击
这就是由德克萨斯大学和伦敦帝国学院联合领导的新的希克苏鲁伯钻探项目的作用所在。
在其他科学目标中，科学家们计划确定由希克苏鲁伯撞击融化的岩石的年代，以及来自乌克兰较小的白垩纪小行星撞击的岩石和来自德干地盾溢流玄武岩的岩石。项目科学家已确认，他们打算使用高精度氩-氩测年和铀-铅测年，并使用EARTHTIME校准的示踪剂。
如果他们能够获得合适的样本，这个希克苏鲁伯钻探项目可能会通过解决自20世纪80年代以来一直存在的科学争议而产生其自身的影响。