互动科普

在2亿年前那次为恐龙的演化做铺垫的大灭绝中，大撞击到底发挥了怎样的作用？

撰文 罗夫·史密斯（Roff Smith） 翻译 邢立达 牟安琪

那天早上，保罗·  奥尔森（Paul Olsen）和丹尼斯·肯特（Dennis Kent）在错综复杂的路线，以及一大叠或摊开或折叠的英国地形图上费了很大功夫，才定位出一条未被标记的路线。这条路线一直穿过树林，延伸到英国威尔士加迪夫南部荒芜的海岸线上，这处荒凉的海角，就是莱弗诺克角。

奥尔森和肯特将他们租来的车停在泥泞的路边。这时细雨开始飘洒，远处响起了低沉的雷鸣。无奈地抱怨了英国的天气之后，两位穿着皮质大衣的地质学家耸了耸肩，把帆布包背在肩上，在这个湿冷泥泞的下午再次开始了他们的搜索。

他们在找寻着有关那场距今2亿年前、使得地球上许多生物灭绝殆尽，并使恐龙得以接管世界的神秘事件的线索。

恐龙帝国的“终结者”如今已被证实：在距今6 500万年前，一颗毁灭性的小行星撞上了墨西哥尤卡坦半岛的希克苏鲁伯，此次撞击事件终结了恐龙时代，并将地球生命引入了哺乳动物的纪元。

美国哥伦比亚大学的拉蒙特-多尔蒂地球观测站位于纽约的帕利塞兹，奥尔森和肯特都工作于此。他们在很久以前便预测：希克苏鲁伯的灾难可能不止发生过一次：在那次灾难发生之前1.35亿年，另一颗小行星对地球的撞击可能毁灭了晚三叠世（late Triassic epoch）动植物，或者至少充当了帮凶。这使得恐龙在接下来的侏罗纪时代（Jurassic period，距今2亿至1.45亿年前）能够在全球繁衍、演化出庞大的身躯，并在下一次撞击灾难来临前控制着这个星球。

瞬间灭绝

可以肯定，地球在晚三叠世末期肯定经历过一场剧变，因为从化石记录来看，几乎一半已知的古生物突然消亡了。在海洋中，20%的物种突然消失，包括牙形石（conodonts）这整个门类；而陆地物种的灭绝数目甚至更多。这是地球史上最大的物种灭绝事件之一，由于时间过于久远，人们对此仍然知之甚少。“人们唯一能对三叠纪-侏罗纪界限物种大灭绝事件（Triassic–Jurassic mass extinction）做出的肯定回答，那就是大灭绝曾经发生过，”奥尔森说，“无论是什么导致了这场灭绝，它的速度都极快，这使得面对突如其来的变化，大多数生命都没来得及适应和演化。”

目前科学家中普遍的看法是：这场灭绝是由大量火山运动和超大陆——盘古大陆（Pangaea）的分裂所造成的。火山的大规模喷发产生了一个被称作中央大西洋岩浆省（Central Atlantic magmatic province，CAMP，参见“一个纪元的结束”）的广阔的地质构造。“我们这里谈论的是那些规模数千万倍于人类所见到过的火山运动，”格里高利·迈克洪（Gregory McHone）说。作为加拿大的一名独立地质学家，他将大部分精力都放在了调查中央大西洋岩浆省火山事件上，他试图为该事件在三叠纪-侏罗纪物种大灭绝中所扮演的角色建立一个有说服力的案例。

冰岛拉基火山在1783年发生了大规模的岩浆喷发，这为研究者提供了晚三叠世灾难如何发生的微型模型。从拉基火山中涌出的硫磺气体产生了大雾，使得气温下降、谷物减产并导致饥荒。这最终造成了600万人死亡，迈克洪说。但即使像拉基火山如此灾难性的喷发事件，它也仅仅喷发出了15立方千米的岩浆。而中央大西洋岩浆省则在一系列喷发中产生了200万立方千米，甚至更多的岩浆。这些火山脉动带来的硫磺雾导致气温下降，而二氧化碳与甲烷的大量排放则导致了气候变暖，这两者不断交替。此外，海水变得具有酸性，一部分海域甚至丧失了氧气；而在陆地上，激增的闪电导致到处都是大火。“地球上的很多生命形态是不能从连续的重击中恢复过来的，”迈克洪说。

对于这个假说，奥尔森和肯特都乐意承认，这很可信，甚至可能是最可信的。不过即便如此，中央大西洋岩浆省假说依然留下了很多未解之谜，尤其是灭绝的突然性。晚三叠世火山喷发的时间跨度达成千上万年，而在化石记录中，灭绝却显得很迅速。更何况还有“真蕨植物高峰”呢？美国东海岸发现的上三叠统沉积物中包含了大量的蕨类孢子化石。

“蕨类通常是在自然灾害过后得以复苏的第一批植物，”肯特说，“如果你研究化石记录，就会在大灭绝时间点之后发现真蕨植物高峰现象，但是这一现象又明显发生在岩浆流出现之前，至少在美国、我们研究的这片区域是这样的。”在其他地点，灭绝似乎与最古老的玄武岩层形成的同时发生——这里面也伴随着一些定年的误差。

 “我们揭开这个谜题的唯一办法就是制作一条时间轴，尽可能准确地包含世界上所有引发大灭绝的事件，”肯特说。时间轴的工作让奥尔森和肯特开始在全球范围探索，从北卡罗来纳到加拿大新斯科舍，从中国到德国、意大利、奥地利和墨西哥的阿特拉斯山脉，现在，他们来到了威尔士。

中学生保护下的考古宝藏

20多年来，奥尔森一直在思考三叠纪-侏罗纪物种大灭绝的小行星碰撞可能性，但小行星理论的最大缺点之一是，直到最近都还没有人找到有关这场大灭绝的证据。然而在去年，法国和德国的研究团队又一次确定了法国西部罗什舒瓦尔附近，小行星剧烈碰撞留下的一个侵蚀严重的结构的年代。先前的研究认为碰撞发生在灭绝事件前很久的2.14亿年前，但修改后的日期为距今1.99亿年至2.03亿年前之间，这与发生在2.014亿年前的大灭绝在时间上重合了。

论文的作者也猜测，直径为2千米的小行星以25千米每秒的速度猛烈撞击地球时所产生的冲击波可以用来说明英国西部三叠系灰岩与页岩中解释不了的波纹和错动，而这些沉积物形成的年份与物种大灭绝发生的时间相一致。“当我读到这里的时候，”奥尔森说，“我决定是时候过来仔细看看了。”

当奥尔森沿着威尔士悬崖底部攀登时，他似乎进入了活生生的三叠纪世界。那里有长着像带喙的脸、长长的胳膊和钩尾的猴蜥类（monkey lizards），像狗儿一般小跑着的鳄类，热带浅海里的鲨鱼拥挤不堪。“然后，它们突然间就都消失了，”奥尔森说，如今这里已经变成粗砺的海滩。

从1986年开始，奥尔森便沉迷于这个失落的世界。那时他还是个14岁的小男孩，住在新泽西州的利文斯顿，他听说罗斯兰德（新泽西州的另一个城市）的采石场发现了恐龙足迹，而且这些化石随处可见。于是他立即和同学一起骑着自行车去到那个随处都是化石的采石场。

当时，他与两个高二的朋友一道，记录了当地上三叠统至下侏罗纪数千块化石与爬行动物足迹。而当这个采石场和这些“宝藏”准备待价而沽，并最终被商品房取代的时候，他们觉得不能再坐视不管，于是这些少年开始宣传这些宝藏，期待它们被保存下来。

很快，《生活》杂志打来了电话，他们的行动吸引了美国国内的注意力。奥尔森甚至制作了一只恐怖的三趾野兽留下的足迹的模型，并把这个玻璃纤维制成的模型寄给了当时的美国总统尼克松。

通过他们努力的宣传，这个富含化石的遗址终于得到了很好的保护，这件玻璃纤维足迹模型继而也被摆放在尼克松的总统图书馆。奥尔森和肯特在英国西部的旅途上依然保留着孩童般的进取心和严谨的科学态度：两位研究者曾在十字路口为走哪条路进行过无伤大雅的斗嘴，曾在超市停下来买些塑封袋以保存岩石样本，以及用自己改良过的电钻来采集岩心样本，甚至在晚上，因为穿着沾满泥土的靴子走路、发出太大声响而被尖酸的女房东责骂。

爆炸力

到达莱弗诺克角后，两位科学家不顾雷雨侵袭开始工作。奥尔森走到悬崖底部，并指向一层高度及腰的浅黄色石灰岩层。“这儿就是事发地点，这里有灭绝线。”他说。对一位路人来说，这是无关紧要的玩意儿，只不过是开花的紫缬草旁边有着一些亮晶晶的石灰岩和页岩。但如果仔细观察，就会发现岩层的裂缝里填满了沙子，还有颗粒状沉积物，这可能是海啸或不寻常的地震所造成的扰动。

“这里的扰动层和英国其他的上三叠统遗址都有独特的方向性，所有倾斜度都与附近的罗什舒瓦尔一致，”奥尔森说。当罗什舒瓦尔火山形成时，世界这一角一定经历了恐怖的一天。为此重新定年的研究者估计，碰撞可能产生了达11.5级的地震——这比如今任何记录在册的地震都要强1 000倍。

英国伦敦帝国理工学院的地质专家加雷斯· 柯林斯（Gareth Collins）认为，这场地震尽管很剧烈，但可能比预计的要小得多。柯林斯和美国珀杜大学的研究者开发了一个在线软件来模拟那场碰撞所造成的影响。他们的运算描绘了一幅爆破力超过1万亿吨TNT炸药的小行星在威尔士这个地点碰撞后的生动场景。结果显示，即使是600千米以外的海滩也会遭受到强飓风和岩石碎片的猛烈冲击。

这些碎片可能记录着这次碰撞的化学信号。英国牛津大学的地层学家斯蒂芬·哈塞尔博（Stephen Hesselbo）和地球化学家肯·埃莫（Ken Amor）加入了奥尔森和肯特的野外考察项目，并使用质谱仪来分析样品。他们要测量铬的同位素的比例，以及寻找具有陨石特性的样本。为了寻找碰撞的证据，奥尔森还把在现场采集的样本寄往另外一个实验室。

如果这些检测在威尔士的上三叠统沉积中发现了地外痕迹，那么这将是小行星碰撞与三叠纪-侏罗纪物种大灭绝之间的第一个实质性联系。但时间上的巧合并不能够证明这场碰撞就是起因。在奥尔森看来：“这两件事也许是在相近的时间内发生，但两者也许彼此无关。”

更令人头痛的是，罗什舒瓦尔碰撞貌似并没有剧烈到可以引起全球性的物种大灭绝——至少不能仅由此事引起。25千米宽的陨坑最初可能达到40至50千米宽，但它与希克苏鲁伯那180千米宽的伤疤比起来只是一个小小的痘痕。“据我们估计，在对全球环境影响方面，罗什舒瓦尔碰撞的作用是很小的，”柯林斯说。

收拾拼图

奥尔森说，从目前情况来看，还没法判定罗什舒瓦尔碰撞是不是起因。那还需要在世界各地的上三叠统遗址中采集更多的数据。光是这一年，他为了收集英国和摩洛哥的样本已经三次穿越大西洋。这周他又回到了阿特拉斯山脉，只为鉴定更多的遗址。他和同事们不仅仅在沉积岩中寻找天外来客的碰撞标志，还寻找灭绝层或与中央大西洋岩浆省火山爆发有关的化学信号等一些其他线索。“所有那些数据，”奥尔森说，“都可以帮助我们团队为这些世界性事件的相对时间排出顺序，并为当时发生了什么，以及生命体如何反应提供更全面的信息。”

他怀疑罗什舒瓦尔只是一个更大拼图的其中一块，或许只是发生在同一时间的一系列小行星撞击事件的其中之一。另外还有两种可能：要么，当时的世界先是饱受火山蹂躏，这个发生于法国的单独碰撞成为压垮它的最后一根稻草；要么，先发生碰撞，生态系统被破坏，而后开始火山喷发，随之生命灭绝。

又一个疲倦的下午，在威尔士寒冷的雨中，在潮湿泥泞的小路上，奥尔森依旧长途跋涉继续追踪遗迹。“弄清真相需要一些时间，”他边走边说，“这件事绝不容易，但我相信，最后我们会将所有的碎片拼到一起，并得知发生了什么以及它们是如何发生的。”