恐龍到底是怎麼滅絕的?最新研究證據模擬小行星撞擊造成 30 年嚴冬

作者 | 發布日期 2017 年 11 月 26 日 12:00 | 分類 環境科學 , 自然科學 follow us in feedly

大約 6,600 萬年前,一顆直徑長約 10 公里的小行星撞上地球上墨西哥東南部的猶加敦半島,造成生物史上影響相當重大的第 5 次生物大滅絕。一般認為該次小行星撞擊地球造成當時地球四分之三的植物及動物死亡,其中當然包含了我們熟知的恐龍滅絕事件。但科學家對小行星撞擊與生物滅絕之間的細節一直眾說紛紜沒有定論,究竟讓恐龍滅絕的是撞擊爆炸所造成的衝擊、撞擊所引發的海嘯還是其他原因?現在科學家提出新的研究證據,對當時小行星撞擊地球導致全球氣候劇變,有了更具體的了解。



英國倫敦帝國學院(Imperial College London)的地球物理學者 Joanna Morgan 教授帶領的研究團隊最新研究提出證據,進一步解釋造成白堊紀─第三紀滅絕事件(Cretaceous-Paleogene extinction event)的原因。他們認為導致當時包含恐龍等大量生物滅絕,主要原因應該是因為大氣層的組成改變。充滿硫化物的大氣層讓氣溫下降造成全球性寒冬,導致大多數動、植物死亡滅絕。這項研究已於日前發表於科學期刊《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)。

Morgan 教授表示,許多科學家一直都認為當時地球歷經了很長一段全球性的寒冬,但是現在最新的研究內容,可讓我們更確切了解當時發生了什麼事。

Morgan 教授從 2016 年開始參與這項研究計畫,希望透過更精確的數據與計算方式,重新了解當時的情形。研究團隊開始探索位於墨西哥灣的希克蘇魯伯隕石坑(Chicxulub crater)下殘留的物質。花了幾個星期的時間,找到能讓他們精確還原重建當時地球受到如此高速的撞擊之後,發生改變的岩石樣本。

最早,古生物學家發現過去某個時間點,地球三分之二的物種至此消失於化石紀錄中,便將這個原因仍不清楚的生物大滅絕現象稱為白堊紀─第三紀滅絕事件。直到 1978 年發現希克蘇魯伯隕石坑之後,才推斷小行星撞地球可能就是滅絕事件的原因。

希克蘇魯伯隕石坑是由 12 公里寬的小行星撞擊地球後,撞擊處出現一個寬約 80 至 100 公里、深約 30 公里的凹陷。撞擊形成最初的凹陷後,周圍的岩石也因地心引力的拉扯開始崩塌陷落,讓隕石坑寬度增加至 200 公里左右,深度則變淺至數公里。隕石坑中央的岩石在撞擊時反彈至比喜馬拉雅山還高,重新落下後形成隕石坑內環。雖然這樣劇烈的地殼變動在幾分鐘內就結束,但後續的影響就造成了地球第五次生物大滅絕。

現在的希克蘇魯伯隕石坑大部分位於海洋範圍,被 600 公尺深的沉積物覆蓋。隕石坑在陸地的部分則是被石灰岩覆蓋,但邊緣部分能從附近的沉洞接觸。

關鍵在於小行星撞上的岩石種類

這項探索希克蘇魯伯隕石坑的研究計畫是由綜合大洋鑽探計畫(Integrated Ocean Drilling Program,IODP)的歐洲海洋鑽探研究聯盟(European Consortium for Ocean Research Drilling,ECORD)主導。研究團隊分析岩石碎片和海床礦物後,推斷出當時小行星撞擊的路徑方位以及速度。當時直徑約 12 公里的小行星以秒速 18 公里逼近,從東北方以約 60 度斜角撞上當時為淺海的地點,撞擊位置的幾十億噸岩石及物質隨即被撞擊甩入或因高熱蒸發至大氣層,其中包含大量石膏、硬石膏等含硫礦物,以及會產生二氧化碳的碳酸鹽類物質。

當時的撞擊威力大約是後來廣島原子彈威力的 100 億倍,但這項研究提出新的證據指出,當時的衝擊可能不是生物滅絕的主要原因,真正的關鍵在於當時小行星撞上的岩石種類。墨西哥灣一帶布滿含有石膏的岩石,這種物質在高溫下會釋出硫。研究團隊認為,大量的硫化煙塵遮蔽了陽光,導致氣溫下降、食物鏈失衡。

研究人員認為小行星撞擊時讓超過 3 千億噸的硫進入大氣層,造就了地球環境陷入灰暗寒冷,全球氣溫下降至零度以下長達數年,可能也影響了海洋的溫度長達數百年。這樣劇烈的氣溫變化就解釋了為什麼當時有如此大量物種陷入生存危機而滅絕。

經過計算之後,研究團隊估計當時有 3,250 ± 1,300 億噸的硫及 4,250 ± 1,600 億噸的二氧化碳(人類每年排放至大氣層的二氧化碳總量大約是 400 億噸),高速向上噴出進入高層大氣。雖然二氧化碳後來影響的時間更長,造成地球氣溫暖化,但是當下大量硫化物和煙塵造成更直接的影響,讓氣溫迅速下降至非常低溫。

美國埃默里大學(Emory University)環境科學教授 Anthony Martin 解釋,雖然大量二氧化碳會造成溫室效應讓氣候暖化,但大量的硫會更劇烈直接的讓太陽輻射無法穿透大氣層,就像在溫室上方加上一塊掩蔽光線的黑幕。

在先前,德國波茨坦大學(University of Potsdam) Julia Brugger 的研究團隊已在今年更早時,模擬了當 1,000 億噸硫化物和 14,000 億噸的二氧化碳噴發對全球氣候環境的影響。他們發現在這樣的情況下,地球每年的表面空氣溫度至少較一般低 26 度,更有大約 3 至 16 年間溫度在零度以下,而且至少需 30 年才慢慢回復。

Morgan 教授解釋,先前 Julia Brugger 研究團隊的結果對硫化物的影響估計較保守,但現在他們已能修正硫化物的含量讓數據更精確。加上當時小行星撞擊的角度及方向等參數,研究團隊可確切知道哪塊岩石受到撞擊,校正當時產生的氣體數據。如果 Brugger 團隊先前是以 1,000 億噸硫化物計算,那麼實際情形應該會比模擬時還要嚴重。

Martin 教授表示,大滅絕時消失的動植物數量可能比我們先前認為的更多,雖然這僅是模擬當時的狀況所做的估算,沒有任何模擬能和事實完全相同,但仍然是非常有意義及參考價值的研究結果。

(首圖來源:pixabay

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