在白堊紀(jì)的最后一天，一顆直徑12千米的小行星撞擊墨西哥的尤卡坦半島，改變了地球上生命的軌跡。6600萬(wàn)年后，科學(xué)家們利用超級(jí)計(jì)算機(jī)空前詳細(xì)地重現(xiàn)了那次撞擊事件造成的破壞。計(jì)算機(jī)模型有助于解決一個(gè)長(zhǎng)期存在的謎團(tuán)，即究竟是什么原因?qū)е隆胺区B(niǎo)恐龍”的滅絕，同時(shí)這些模型還為我們了解地球生命如何應(yīng)對(duì)快速的環(huán)境變化提供了新角度。
科學(xué)家們已經(jīng)知道，這顆地球外小行星在地殼上炸出了一個(gè)直徑近200公里的隕石坑，撞擊的地點(diǎn)和角度恰到好處，導(dǎo)致大量冷卻氣體和煤煙進(jìn)入大氣層上層。巨大的海嘯席卷海洋，天空一片漆黑，野火肆虐了方圓數(shù)百公里。幾年后，氣溫驟降超過(guò)15℃，全世界進(jìn)入了一個(gè)漫長(zhǎng)的寒冷期，即“撞擊冬季”?？茖W(xué)家們認(rèn)為，撞擊冬季導(dǎo)致地球上四分之三以上的生命死亡。
倫敦大學(xué)學(xué)院的助理研究員Alfio Alessandro Chiarenza表示，這次事件就像“地球上的但丁地獄”，其領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)新研究近日發(fā)表在《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》上。
大約在?？颂K魯伯撞擊事件發(fā)生的同一時(shí)期，在如今的印度南部，一座大型火山在源源不斷地噴發(fā)，釋放出超過(guò)80萬(wàn)立方千米的熔巖，并向天空排放出大量氣體，甚至足以改變氣候。盡管大多數(shù)科學(xué)家都認(rèn)為是小行星引發(fā)了這次大滅絕事件，但長(zhǎng)期以來(lái)研究人員一直猜測(cè)，這些被稱(chēng)為德干地盾的火山是否也對(duì)地球生命的毀滅起到了推波助瀾的作用。
在新研究中，Chiarenza和同事們利用計(jì)算機(jī)模型復(fù)原了地球古代的氣候，調(diào)整了各種末日?qǐng)鼍暗淖兞?。這些模擬結(jié)果顯示，僅小行星撞擊就導(dǎo)致地球不適合非鳥(niǎo)恐龍居住?；蛟S，與直覺(jué)恰恰相反，實(shí)際上德干地盾火山可能使地球變得更適合居住。
“我認(rèn)為，這是對(duì)德干地盾導(dǎo)致大滅絕假說(shuō)的致命一擊，”古生物學(xué)者、倫敦自然歷史博物館的研究負(fù)責(zé)人Anjali Goswami說(shuō)，他沒(méi)有參與這項(xiàng)新研究。
恐龍大滅絕
白堊紀(jì)-第三紀(jì)滅絕事件得名于事件前后的兩個(gè)地質(zhì)時(shí)期，其發(fā)生速度極其驚人。嚴(yán)寒、持續(xù)的黑暗、野火、海嘯、撞擊區(qū)的極端高溫，以及最終的酸雨破壞了整個(gè)地球。滅絕事件造成的突然破壞為今天的科學(xué)家們提供了一個(gè)寶貴的機(jī)會(huì)，讓他們得以研究生命如何應(yīng)對(duì)快速變化的巨大壓力。
“這讓我們有機(jī)會(huì)了解生物面對(duì)非常極端的情況時(shí)會(huì)如何應(yīng)對(duì)，”耶魯大學(xué)的古生物學(xué)者、恐龍滅絕問(wèn)題專(zhuān)家Pincelli Hull說(shuō)。
然而，要想了解大規(guī)?？铸垳缃^最終是如何結(jié)束的，科學(xué)家們首先需要弄清楚其發(fā)生原因。
在過(guò)去的十年里，地質(zhì)學(xué)家已經(jīng)證實(shí)，德干地盾曾在70多萬(wàn)年間爆發(fā)過(guò)數(shù)次，這段時(shí)間正好與?？颂K魯伯撞擊事件重合。由于德干地盾火山在大滅絕事件期間噴發(fā)，科學(xué)家們想知道它們是否在滅絕恐龍中起了作用。在地球上的五次大規(guī)模物種滅絕事件中，其中兩次由火山噴發(fā)出的二氧化碳引起的劇烈升溫造成，包括最嚴(yán)重的一次：2.52億年前的二疊紀(jì)-三疊紀(jì)大滅絕由西伯利亞的火山噴發(fā)引起，當(dāng)時(shí)全球96%的海洋生物和近四分之三的陸地生物悉數(shù)滅絕。
6600萬(wàn)年前，德干地盾可能通過(guò)兩種主要方式影響了生命。從更短的時(shí)間尺度來(lái)看，火山噴發(fā)釋放的二氧化硫可能使地球降溫，形成酸雨，使地球的海洋以及更廣泛的化學(xué)循環(huán)陷入混亂。隨著時(shí)間的推移，火山噴發(fā)釋放的大量二氧化碳可能會(huì)導(dǎo)致氣候持續(xù)變暖，進(jìn)而可能給全球生態(tài)系統(tǒng)帶來(lái)壓力。
去年發(fā)表的兩項(xiàng)研究試圖找出德干地盾火山最大規(guī)模噴發(fā)發(fā)生的時(shí)間，結(jié)果二者相差幾千年。這一差別意味著,一種可能是最大規(guī)模噴發(fā)發(fā)生在小行星撞擊之前，那么火山噴發(fā)就影響了物種大滅絕；另一種可能是發(fā)生在小行星撞擊之后，那么火山噴發(fā)或許在物種滅絕中沒(méi)有發(fā)揮作用。
為了驗(yàn)證上述假設(shè)，Chiarenza和同事、布里斯托大學(xué)的氣候?qū)W者Alexander Farnsworth，建造了6600萬(wàn)年前地球氣候的計(jì)算機(jī)模型。他們測(cè)試了14種不同的場(chǎng)景，其中包括小行星撞擊、德干地盾，以及二者的結(jié)合。模擬計(jì)算假設(shè)二氧化碳濃度為5.6%-16.8%之間，比現(xiàn)在高出四倍?？茖W(xué)家們還調(diào)整了太陽(yáng)光的亮度，將其設(shè)定為比撞擊前低5%-20%。
在其中一些模擬計(jì)算中，Chiarenza和Farnsworth還通過(guò)加入比1991年皮納圖博火山噴發(fā)多100多倍的火山灰和氣溶膠，模擬了希克蘇魯伯撞擊產(chǎn)生的短期冷卻效應(yīng)。為了追蹤小行星撞擊和火山噴發(fā)對(duì)恐龍的影響，Chiarenza用另一個(gè)基于古代氣候數(shù)據(jù)和恐龍化石地點(diǎn)的計(jì)算機(jī)模型，繪制出了恐龍最有可能的棲息地。
所有的模型都表明，德干地盾火山不可能導(dǎo)致恐龍滅絕。火山引發(fā)的長(zhǎng)期變暖不會(huì)導(dǎo)致恐龍滅絕，實(shí)際上還擴(kuò)大了恐龍的棲息地范圍。新研究表明，即使是德干地盾導(dǎo)致的最極端場(chǎng)景也沒(méi)有徹底摧毀恐龍。
不過(guò)，小行星撞擊地球的情景的確極其恐怖。在一些地區(qū)，平均陸地溫度從20℃驟降至零度以下，降水量減少了85%-95%。當(dāng)希克蘇魯伯撞擊事件導(dǎo)致陽(yáng)光變暗了15%或更多時(shí)，地球上的任何地方都無(wú)法支撐非鳥(niǎo)類(lèi)恐龍的生存。
Goswami說(shuō)，從新的數(shù)據(jù)來(lái)看，“一些物種滅絕的原因變得十分合理了。事實(shí)上，令人驚訝的是，并不是所有物種都滅絕了?！?/p>
迅速恢復(fù)
研究小組的模型還揭示了一些意想不到的事情：德干地盾實(shí)際上可能促進(jìn)了生命的恢復(fù)，因?yàn)榛鹕结尫诺亩趸季徍土藝?yán)重的冬季影響。
“這是一個(gè)巨大的劇情轉(zhuǎn)折。我認(rèn)為沒(méi)有人會(huì)認(rèn)為火山活動(dòng)會(huì)減少小行星撞擊帶來(lái)的影響。這確實(shí)令人感到驚訝，” Hull說(shuō)。
最近的研究表明，在數(shù)十萬(wàn)年的時(shí)間里，德干地盾可能一直在溫和地爆發(fā)，而不是對(duì)全球生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重的打擊。去年11月，Hull領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組發(fā)現(xiàn)，在?？颂K魯伯撞擊事件發(fā)生后的數(shù)萬(wàn)年里，地球海洋迅速酸化，很可能是撞擊后的酸雨導(dǎo)致。然而，在?？颂K魯伯撞擊事件發(fā)生前的近10萬(wàn)年里，海洋的pH值一直保持平穩(wěn)，即使德干地盾?chē)姲l(fā)時(shí)也是如此。
在一項(xiàng)后續(xù)研究中，Hull指出，在撞擊發(fā)生前的30萬(wàn)年里，全球氣溫逐漸上升和下降約4華氏度，這表明二氧化碳濃度有所上升和下降，但并沒(méi)有達(dá)到威脅恐龍的極端程度。
在遠(yuǎn)離印度熔巖流的地方，還有跡象表明德干地盾在促進(jìn)生命恢復(fù)方面發(fā)揮了一定作用。去年10月，丹佛自然科學(xué)博物館的古生物學(xué)者Tyler Lyson領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組公布了落基山脈的幾個(gè)地點(diǎn)的信息，記錄了小行星撞擊地球后北美地區(qū)的動(dòng)植物群。Lyson的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在小行星撞擊發(fā)生后的10萬(wàn)年里，生態(tài)系統(tǒng)的生命種類(lèi)并不多。不過(guò)，在此之后，哺乳動(dòng)物和植物的數(shù)量開(kāi)始隨著溫和的變暖期不斷增加，而此時(shí)德干地盾可能開(kāi)始源源不斷地釋放二氧化碳。
Lyson表示，最近的研究不禁令人思考這樣一個(gè)問(wèn)題：“德干地盾究竟是創(chuàng)造者還是破壞者？”
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