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地球災難史與機遇圖解(7)小行星撞地球!
送交者: 格致夫 2014年05月22日12:08:57 於 [教育學術] 發送悄悄話

 

除了華夏傳統文化中虛構出來的龍,國人最熟悉、卻從未見過的一種動物應該就是恐龍了。古生物學界有確鑿證據證明,恐龍滅絕於6500萬年前,這相當於我們地球歷史周周日晚9時30分。現代人往往為這一巨型動物的滅絕而惋惜不已,甚至幻想着通過基因工程能夠復活這個古老的物種。但恐怕沒有多少人想過,恐龍消亡的最大意義在於為人類登上歷史舞台掃除了一個難以逾越的巨大障礙!

恐龍為何會滅絕?在很長一個時期內,科學界並無確切答案。這件地球與人類演化史上的特大“案件”,直到最近幾十年才成功告破,並找到真正的“元兇”。

約30多年前,生物學家施密特在地質學上的K-T界線層(介於白堊紀和第三紀之間的界線,形成於6500萬年前)發現了富含稀有金屬銥的成分!這一發現立即震驚了科學界。因為地球上的絕大多數金屬銥都深埋在距地表6300公里深的地核內,但來自外太空的隕石和小行星上一般都含有銥。如果在地球表面找到了銥,就意味着與外來星體有關!由此,相關研究者很快得出推論:6500萬年前(地球歷史周周日晚9時30分),來自外太空的一顆小行星撞上了地球,導致70%生物大滅絕的慘劇,這其中就包括稱霸地球達1億5千萬年的巨型生物——恐龍家族。

但推論需要直接證據證明,要想結案起碼應該找到“犯罪現場”才有說服力。於是,科學工作者們在全球範圍內展開尋找撞擊坑的工作。通過研究稀有金屬銥在世界各地的分布,他們預測出:撞擊坑規模一定很大,直徑應該在200公里左右。通過考察美國現存的隕石坑岩石特徵,特別是通過分析特徵層在不同區域的厚度變化,有研究者推測出,K-T界線撞擊坑大致地理位置應該在加勒比海一帶。但搜尋工作始終一無所獲。

直到1978年,一家石油公司在勘探井中偶然發現,在墨西哥近海逾千米深地下存在一個巨大的馬蹄形特殊結構層,它具有撞擊坑的所有特徵。其寬度達到180公里,深度達19公里,再加上外撞擊圈其直徑可達200公里,這與預測的K-T界線撞擊坑尺度完全吻合! 

對鑽井取出的岩芯樣品化驗分析發現,其中含有稀有金屬銥,石英結構粉碎特徵也符合撞擊特徵。研究者們相信,尋找已久的K-T界線撞擊坑就在這裡!

海底的證據已經相當充分,但事情並沒有完,研究者又在陸地找到了新的證據!墨西哥瑪雅文化遺址區存在一些石灰岩溶岩坑,古瑪雅人把這些天然井用作獻祭池。這類天然井通常出現在地層斷裂帶上或岩層薄弱處。

 

 

有研究者通過研究衛星影像資料發現,這些石灰岩天然井並非處於岩層天然斷裂帶上,而是呈環形分布!查閱對比石油公司的地質資料後發現,這些溶岩井正是分布於撞擊形成的環形破碎帶上,與石油公司發現的撞擊坑完全符合。這就進一步證實了撞擊坑的真實性和其巨大規模。

 

找到了K-T界線撞擊坑後,研究者們以坑的尺度、環境條件等信息為基礎,並通過實驗室模擬試驗,終於可以推演出6500萬年前那場慘烈大撞擊的大致發生過程、規模、及其後果。

研究者們相信,6500萬年前來自外太空的那顆巨型岩體尺度約10公里,重達1000億噸,以72000公里的時速沖入太陽系,最終以20倍子彈的極高速度撞入地球淺海中。

由於極高的撞擊能量一部分轉化為熱能,撞擊中心的溫度高達華氏16000度,部分岩石熔化為岩漿。從撞擊坑飛出的熔岩時速高達40000公里,相當於無數顆超音速熔岩飛彈向四周飛散。有人甚至認為,少量飛出的熔岩可以擺脫地球引力範圍飛向月球!據模擬估算,從撞擊坑被炸飛的岩石總量可達5000億噸。

一些超高速飛出的熔岩可達地球最遠處,就是地球另一面的南極和西伯利亞也可抵達。由此引發全球規模的森林大火。與此同時,超高溫風暴以3000餘公里的時速從撞擊點向周圍爆開。撞擊還引發超大規模海嘯,海浪高達近百米。這次撞擊類似一超大規模核爆炸,除了部分海洋生物和居於地下洞穴內的少量陸地動物,地表各類動植物均未能倖免,恐龍這類大型陸地動物更是首當其衝被滅絕。

 


 

大碰撞過後,隨着森林大火的自行熄滅,地球復歸平靜。但混雜着粉塵、煙霧和各種有害氣體的混合物充斥整個地球大氣層。


圖片中,女研究者背後是計算機模擬大碰撞影像。

 

據研究者分析,撞擊坑所在的位置是一個極其糟糕的撞擊點,此處岩土層中富含硫。大碰撞導致數噸的二氧化硫氣體進入地球大氣層,對陽光形成反射屏障。即使最初形成的各類塵埃回落地面後,這些氣體仍然漂浮於高空大氣層。這一效應導致碰撞後的酷寒嚴冬期又延長一兩年之久。最終,它們與大氣中的水結合形成硫酸微滴,以酸雨形式落回地面。

 

各類岩土層不僅由硅酸鹽構成,石灰岩類岩層的主要成分是碳酸鹽。這次大碰撞的高溫還導致巨量二氧化碳等溫室氣體的釋放蒸發。據模擬估算,其總量可達數十億噸,相當於燃燒石化燃料3000年的效果!這一效應的直接結果,就是在經歷了長達兩三年的酷寒期之後,地球又進入一個更加漫長的酷暑期。有研究者認為,地球氣溫在大碰撞發生後數百年才逐漸恢復正常!

長達兩三年的寒冬,加上更加漫長的高溫氣候,對少量倖存下來的各類動植物都是一個前所未有的嚴峻考驗。惡劣的氣候導致植物匱乏,這首先導致草食動物的死亡,然後是食物鏈上的其它動物……

這場大劫難導致恐龍等大型陸地動物的滅絕,而一些生活在洞穴中的小型哺乳動物則幸運地活了下來。這些活下來的小型動物屬於雜食類,幾乎什麼都吃,這使它們在極端嚴苛的環境下也能生存。此外,哺乳動物胎生的特點較之卵生也為嚴苛條件下的維持繁衍創造了必要條件。


經歷這場大災難倖存下來的這些小型動物,失去了絕大多數威脅其生存的天敵,從而有了更好的生存與發展環境。一句話,正是因為恐龍滅絕了,人類的祖先哺乳動物才能繁衍,並最終進化為今天的人類。從這個意義上講,人類應該感謝6500萬年前的這場大災難!而人類最早大約300萬年前出現在非洲。按照本文一直採用的地球歷史周衡量,人類僅僅出現10分鐘左右而已。


無疑,小行星撞地球導致恐龍家族和其它生物滅絕,是一個小概率事件,但小概率事件並非不可能事件。科學工作者們基於大量的研究認為,類似規模的大碰撞幾千億年就會發生一次。當然,碰撞規模越小,發生的概率就越高。

最後,或許有人會拋開概率提出這樣的問題:假如今天再遭遇類似的大碰撞危機,人類的命運將會如何?

筆者對此相當有信心。理由也不複雜。1】在計算機科學輔助下的天文學已經具有相當令人滿意的預測能力。天文學家可以提前很久發現可能與地球相撞的小行星或巨型隕石。2】在獲得提前預報的前提下,人類核武技術和空間飛行技術相結合可以改變類似規模的小行星或巨型隕石的運行軌跡,從而避免與地球相撞。

舉一個例子即可清楚目前人類核技術的威力。前蘇聯烏克蘭地區切爾諾貝利核電站第4號核反應堆內全部核燃料擁有的放射性污染威力相當於日本廣島、長崎兩顆原子彈總和的100倍!時過境遷20年後,戈爾巴喬夫向記者透露:我們計算過我們最具威力的SS18核導彈,一顆核導彈的威力就是切爾諾貝利的100倍!這意味着一顆SS18的威力相當於廣島、長崎兩顆原子彈總和的1萬倍!而前蘇聯當時擁有2700顆核導彈!

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