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位于翁布里亚莺莺的山坡上，古老的意大利城市古比奥以其众多保存完好的历史遗迹而闻名。它是由伊特鲁里亚人从公元前2世纪到公元前1世纪建造的。在罗马时代、中世纪和文艺复兴时期，这座古城的罗马剧院、政府官邸、各种教堂和喷泉都是迷人的景观。

奇怪的K-T边界

然而，年轻的美国地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯来到古比奥并不是因为古老的建筑，而是因为城墙外的岩层，那里保存着更古老的自然历史。就在大门外，是地质学家梦寐以求的地方——地球上最大的石灰岩序列。当地人把暴露在山坡上和斯卡利亚罗萨地区峡谷中的引人注目的粉红色岩层称为斯卡利亚罗萨(“斯卡利亚”指鳞片或薄片，这意味着岩石可以很容易地凿成方形用于建筑，这是罗马剧院使用的石头类型；“罗莎”指它的颜色)。这个巨大的结构有很多层，总共大约400米厚。这些岩石最初是古老的海底，代表了大约5000万年的地球历史。

很长一段时间以来，地质学家一直用化石来鉴定世界各地的岩石记录。沃尔特也用这种方法研究了古比奥周围的岩层。他在这里的石灰岩中搜寻，试图找到微小生物的壳化石。这些被称为有孔虫的微小生物是一群单细胞原生动物，只能通过放大镜才能看到。然而，他在分隔石灰石层的1厘米厚的粘土层中没有发现任何化石。此外，在粘土层下的老石灰岩层中发现的有孔虫比在粘土层上的新石灰岩层中发现的有孔虫更多样、更大。gubbio周围的岩石中有这样一层粘土，粘土层上下的石灰岩层中有孔虫是不同的。

沃尔特很困惑。是什么导致了有孔虫的这种变化？这种变化发生的速度有多快？这么薄的没有有孔虫的粘土层代表地质时间有多长？

普通的微生物和在近400米厚的基岩中只有1厘米厚的粘土层对周围的问题似乎并不重要，但在寻找这些问题的答案的过程中，沃尔特发现了生命史上最重要的时期之一。这个时期被称为K-T边界。

根据化石分布和其他地质资料判断，古比奥构造包括白垩纪和第三纪。地质时期的名称来源于早期地质学家对地球历史主要层段的看法，以及一些可以代表特定时期的特征。其中一个系统将生命历史分为三个时代:古生代(古代生命，第一个动物)，中生代(中级生命，恐龙时代)和新生代(现代生命，哺乳动物时代)。白垩纪是中生代的最后三分之一。它的名字来自地质构造中明显的白垩粘土矿床。第三纪(重新命名并分为古近纪和新近纪)开始于6500万年前的白垩纪末期，结束于260万年前的第四纪初期。

沃尔特和他的同事比尔·劳里花了几年时间研究古比奥结构，并从那里的岩层中取样。起初，他们想通过将地球磁场反演与化石证据联系起来来解释地球历史的时间尺度。他们通过特定沉积物中的有孔虫特征来确定岩石的年龄，并通过白垩纪和第三纪地层之间的界线来确定地质时间。对于有孔虫多样性和大小的急剧减少，这一边界的预测总是正确的。下部地层为白垩系，上部为第三纪，而中间的薄粘土层是两代之间的断层，称为K-T边界。

一位名叫让·施密特的荷兰地质学家在卡拉瓦卡的K-T边界两侧的岩层中发现了类似的有孔虫变化模式，卡拉瓦卡位于西班牙东南海岸，距离古比奥1000公里。施密特知道K-T边界标志着著名的恐龙灭绝事件。当一位同事向沃尔特指出这一点时，沃尔特变得对有孔虫和K-T边界更感兴趣了。那时，沃尔特对地质学还比较陌生。随着他对地磁场反演研究的顺利进行，他意识到古比奥岩石中有孔虫的突然变化和K-T灭绝揭示了一个更大的秘密。他决定解开这个谜。

显然，沃尔特要回答的第一个问题是这个粘土层形成需要多长时间。为了回答这个问题，他需要一些帮助。在科学项目中，孩子们得到父母的帮助是很常见的，但是像沃尔特这样在将近40岁的时候得到父母的指导是非常罕见的。沃尔特有一个伟大的父亲。

K-T边界的形成时间

沃尔特的父亲路易斯·阿尔瓦雷斯对地质学和古生物学知之甚少，但他精通物理学。他是核物理出现和发展的关键人物之一。1936年从芝加哥大学获得物理学博士学位后，他在欧内斯特·劳伦斯的指导下在加州大学伯克利分校工作。劳伦斯因发明回旋加速器获得1939年诺贝尔物理学奖。

路易的早期工作因第二次世界大战而中断。在战争的第一年，他的工作是开发一种雷达导航系统，使飞机在极低的能见度下安全着陆。他因开发了适用于恶劣天气着陆的地面控制进场系统(GCA)，获得了航空工业的最高荣誉——科利尔奖。

战争期间，他被招募到曼哈顿计划，这是一个高度机密的国家计划，旨在制造原子弹。路易斯和他的学生劳伦斯·约翰斯顿设计了原子弹的引爆系统。后来，曼哈顿计划的负责人罗伯特·奥本海默要求他接手测量原子弹爆炸释放的能量。路易斯是少数几个目睹了前两枚原子弹的人之一。作为一名科学证人，他参加了新墨西哥州沙漠的第一次原子弹爆炸试验，以及随后在日本广岛投下的两次原子弹飞行。

战后，路易重返物理研究。他发明了跟踪物理粒子行为的大型液态氢气泡室。1968年，路易斯因对粒子物理学的贡献获得了诺贝尔物理学奖。

这看起来是辉煌事业的顶峰。但几年后，他的儿子沃尔特来到了他工作多年的伯克利，并加入了地质系。这给了父亲和儿子更多谈论科学的机会。一天，沃尔特给了他父亲一块位于古比奥边境的磨光岩石，并解释了其中的奥秘。当时年近70岁的路易斯非常着迷，开始思考如何帮助沃尔特解开这个谜。他们就如何测量K-T边界附近的变化率发起了一场头脑风暴。他们需要找到某种原子钟。

路易是放射性元素和衰变的专家。他首先建议测量钾-钛粘土中铍-10的含量。由于宇宙射线的作用，这种铍同位素在大气中不断产生。粘土越老，铍-10含量越高。路易斯把沃尔特介绍给一位知道如何测量这个值的物理学家。当沃尔特开始测量工作时，他发现公布的铍-10半衰期是错误的，实际半衰期要短得多。这意味着在6500万年后，岩石中只剩下很少的铍-10，这可能是无法测量的。原地址:http://www.ufo-1.cn/article/201605/1030.html

幸运的是，路易斯有了另一个想法。路易斯认为陨石中的铂含量比地壳中的铂含量高得多，达到10，000多倍，而且从外层空间落到地球上的尘埃的速率应该是恒定的。因此，通过测量岩石样品中空间尘埃(铂元素)的含量，可以计算出这些岩石形成所需的时间。

这些元素的含量不高，但可以测量。沃尔特认为，如果粘土层沉积了几千年，就可以测量其中的铂含量。然而，如果粘土层在短时间内快速沉积，这些元素就不能被检测到。后来，路易斯提出用铱代替铂来测量，因为铱更容易检测。路易斯还认识进行这种测量的科学家，即在伯克利辐射实验室工作的核化学家弗兰克·阿萨罗和海伦·米切尔。

沃尔特给了阿萨罗一些古比欧克-特边界的样本。九个月后，沃尔特接到了父亲的电话，说阿萨罗将向他们展示实验结果。他们认为这些样品会含有0.1 Pb(PPb，浓度单位，10-9 g/m3)的铱。然而，结果是，Asaro在样品中发现了3Pb的铱。这是预期值的30倍，是其他岩层中铱含量的30倍。

为了防止过度投机，找出如此高的铱含量是gubbio附近岩石的特例还是更常见的现象是非常重要的。沃尔特开始寻找另一个可以取样的裸露的K-T边界。在丹麦哥本哈根南部一个叫史蒂文斯·克林特的地方，他找到了它。他看了看当地的粘土层，立刻想到，当这层粘土沉积下来时，“丹麦海底发生了一些不愉快的事情”。这里的岩石部分几乎完全由白垩组成，充满了各种各样的化石。但是K-T边界上薄薄的一层粘土是黑色的，有一股刺鼻的硫磺气味，只有鱼骨头能在里面看到。沃尔特推测，在粘土沉积的这段时间里，海洋像墓地一样缺氧。他取了样本，寄给弗兰克·阿萨罗。

测量的结果是这层粘土中铱的含量是背景的160倍。因此，沃尔特建议施密特测量他收集的粘土样品中铱的含量。结果，在西班牙采集的粘土样品中也出现了铱峰，在新西兰K-T边界采集的粘土样品也出现了铱峰。这表明这种现象是全球性的。在K-T边界形成期间，一定发生了非常不寻常和非常糟糕的事情。有孔虫、粘土、铱和恐龙灭绝都是信号——但是这些信号揭示了什么？

K-T边界是如何形成的？

阿尔瓦雷斯和他的儿子相信铱来自外层空间。他们认为这是一次超新星爆炸，恒星的爆炸会将自己的元素碎片洒向地球。这种观点以前在古生物学和天体物理学中很流行。如果这个观点是正确的，那么在粘土层中，在K-T边界，

铱以外的其他元素含量也显示异常。要测量的关键同位素是钚244，其半衰期为7500万年。粘土层应该含有一定量的钚-244，而普通岩石中的钚-244应该已经衰变。然而，经过仔细测量，他们没有检测到高水平的钚。每个人都感到沮丧，但调查仍在继续。

路易斯仍在思考什么样的情况会导致全球灭绝。他考虑了几种可能的情况，但没有一种能站得住脚。伯克利的天文学家克里斯·麦基(Chris Mackey)认为，也许是一颗小行星撞击了地球。起初，路易斯认为这种情况只会产生潮汐，他无法想象潮汐如何杀死蒙大拿或蒙古的恐龙。

然后，他想到了1883年印度尼西亚喀拉喀托岛上的火山爆发。他想到了几千米厚的岩石层被炸成碎片，细小的粉末颗粒在世界各地漂浮了两年多。路易斯也知道原子弹产生的放射性元素会在两个半球之间迅速混合。也许一次大的撞击会用大量的灰尘挡住太阳，使地球变暗几年，保持它的凉爽，并阻止所有的光合作用？

如果是这样，这颗小行星需要多大？

利用粘土层中的铱含量、球粒陨石中的铱含量和地球表面积，刘易斯计算出这颗小行星的质量约为3000亿吨，也就是说，它的直径为10 4公里。

与地球13000公里的直径相比，这颗小行星的直径似乎并不大。但考虑撞击释放的能量:小行星进入大气层的速度约为25公里/秒，超过8万公里/小时。它将在大气层中“凿出”一个直径10公里的洞，并以相当于1.08亿吨梯恩梯的能量撞击地球。(目前，最大的原子弹爆炸释放出大约100万吨梯恩梯当量，而这颗小行星的撞击释放出的能量是它的100倍。有了这种能量，撞击坑应该有200公里宽，40公里深，并且有无数的粒子被撞击释放出来。

小行星高速穿过大气层，将它们前面的空气加热到太阳温度的几倍。当碰撞发生时，小行星蒸发了，许多火球被喷射到太空中，岩石微粒喷射到地球和月球之间一半的距离。巨大的冲击波穿透基岩，反射到地球表面，将熔化的岩石块抛向大气层边缘，甚至更远。被撞击的石灰岩基岩承受了太大的压力，并喷出了第二个火球。撞击点周围数百公里被摧毁。在更远的地方，喷入太空的物质以高速下落到地球表面，就像数以万亿计的陨石，它们在重返大气层时被加热，加热空气并点燃火焰。海啸、滑坡和地震进一步撕裂了撞击点附近的地表。

在其他地方，死亡来得更慢。大气层中的碎片覆盖了太阳，地球上的黑暗可能会持续数月。这种情况会阻碍光合作用，并从底部终止食物链。对植物化石和花粉粒的分析表明，在一些地方，大多数植物物种已经消失。食物链顶端的动物不得不屈服于死亡。K-T界限不仅标志着恐龙的终结，其他物种，如箭术、菊石和海洋爬行动物，也已经走到了尽头。古生物学家估计地球上超过一半的物种已经灭绝。在陆地上，所有体重超过25公斤的生物都灭绝了。这是中生代的结束。

小行星撞击形成的环形山在哪里？

路易斯、沃尔特、弗兰克·阿萨罗和海伦·米切尔将整个故事联系在一起:古比奥的有孔虫、异常的铱含量以及小行星撞击造成的致命性。这个故事是几个科学领域令人印象深刻的结合。在现代科学文学史上，它所包含的范畴可能是任何其他论文都无法比拟的。让·施密特和让·赫托根在《自然》杂志上发表的一篇关于西班牙钾-铁边界岩石的研究也得出了类似的结论。

他们担心科学界还没有准备好接受影响假说。在过去的150年里，从现代地质学开始，地质学界的观点一直集中在逐渐演化上。地质学排除了圣经故事中描述的灾难性场景。认为地球上发生了如此重大的灾难不仅令人不安，而且被认为是不科学的。在这篇关于小行星撞击假说的文章发表之前，恐龙灭绝的科学解释通常是气候或食物链的逐渐变化使得动物无法适应。

一些地质学家嘲笑这种灾难性的景象，一些古生物学家完全不相信小行星假说。有人指出保存恐龙化石

大多数岩石都在三叠纪界线以下3米。一些人认为小行星撞击时恐龙已经灭绝了。古生物学家还表示，恐龙化石非常罕见，在K-T边界很难找到。他们认为有孔虫和其他生物化石是更有说服力的证据，并且有孔虫和菊石化石确实延续到了K-T边界。

当然，还有一个更大的问题需要解释——巨大的陨石坑在哪里？对于怀疑者和支持者来说，这是最关键的一环。因此，寻找陨石坑的工作开始了。

当时，地球上已知的直径超过100公里的陨石坑只有三个，但没有一个是在同一时代形成的。如果小行星的撞击点是一个覆盖地球表面2/3以上的海洋，那么这些探索者就不走运了——深海地形图绘制得不好，第三纪之前的大部分海床在板块运动中消失了。

在小行星假说提出后的10年里，许多线索和痕迹终于走到了死胡同。越来越多的搜索失败的例子让沃尔特相信撞击确实发生在海洋中。

就在那时，一条线索出现在得克萨斯州的河床上。布拉索斯河流入墨西哥湾，沙质河床正好位于克-特边界。熟悉海啸后沉积模式的地质学家发现，沙质河床的特征只能由巨大的海啸引起，当时可能超过100米。与海啸碎片混合在一起的还有熔融岩石(以熔融形式从陨石坑喷出的玻璃状岩石)，当它们再次降落在地表时已经冷却。

许多科学家正在寻找撞击点，其中亚利桑那大学的研究生艾伦·希尔德布兰德是最坚持不懈的。艾伦认为布拉索斯河的海啸河床是找到陨石坑的重要线索，陨石坑应该在墨西哥湾或加勒比海。他查看了现有的地图，在哥伦比亚北部的海底发现了一个圆形景观。他听说在墨西哥的尤卡坦半岛海岸有一些圆形重力异常区。这些地区的质量和密度各不相同。

艾伦努力寻找其他线索来证明他的推测是正确的。艾伦注意到一份关于在海地晚白垩世岩石中发现熔融岩石的报告。他参观了写报告的实验室，并立即认出这些样本是撞击熔石。之后，他去了海地，在那里的沉积物中发现了非常大的熔融石头和破碎的应时粒子——这是大撞击的另一个迹象。因此，他和他的导师威廉·博因顿推测撞击点在海地1000公里以内。

当他们在一次学术会议上宣布这一发现时，《休斯顿纪事报》的记者卡洛斯·阴唇联系了他们。阴唇告诉他们，墨西哥国有石油公司PEMEX的地质学家可能在很多年前就发现了这个陨石坑。格伦·彭菲尔德和安东尼奥·卡马格研究了尤卡坦半岛的重力异常，但墨西哥石油公司不允许他们公布研究数据。然而，在1981年的一次会议上(阿尔瓦雷斯提出小行星撞击假说的第二年)，他们提到他们绘制的地形可能是陨石坑，彭菲尔德也写信给沃尔特指出这一点。

1991年，艾伦、博因顿、彭菲尔德、卡玛格和他们的同事正式提出，尤卡坦半岛希克苏鲁博村下方500米、直径180公里(几乎与阿尔瓦雷斯团队计算的直径相同)的陨石坑是所有人都在寻找的K-T撞击坑。

当然，为了证实这一点，还有重要的测试要做。首先是岩石时代。了解这一点并不是一件简单的任务，因为陨石坑被掩埋了。最好的方法是通过PEMEX公司几十年前在该地区钻探的矿井，从钻芯中收集和分析岩石样本。测量结果令人惊讶。一个实验室的数据是6503万年，另一个实验室的数据是6560万年——与K-T边界的年龄一致。

在海地发现的熔化的石头也是在这个时期形成的，它们是由撞击喷射出的物质的沉积物。精细化学分析表明，西苏鲁博熔融岩石中铱-9的高含量与海地相同。此外，海地熔融岩石中的水含量极低，内部气压几乎为零，这表明这些玻璃状岩石是在大气层外的弹道飞行中凝固的。

长期以来，一度被认为激进甚至古怪的观点得到了一系列间接证据的支持，最终得到了直接证据的证实。接下来，地质学家证实喷射出的物质覆盖了尤卡坦半岛的大部分地区，并沉积在世界各地数百个K-T边界。我们终于知道，地球上的生命史并不像自莱尔和达尔文以来的所有时代的地质学家所设想的那样是一个稳定而渐进的进化过程。

尽管确定巨大陨石坑的位置是小行星撞击理论的一个重大进步，但沃尔特的经验是复杂的。路易斯·阿尔瓦雷斯于1988年去世，无法目睹这一重大发现。

一次冲击还是两次冲击？

K-T小行星撞击坑的发现引发了对其他物种灭绝原因的广泛科学调查。尽管在过去5亿年中其他四个主要物种的灭绝似乎与撞击没有任何关系，但在同一时期地球上确实出现了一些大规模的小行星或彗星撞击坑，尽管它们没有K-T撞击坑那么大。既然绝大多数小行星撞击不会导致物种灭绝，绝大多数物种灭绝也不能归因于撞击事件，那么为什么K-T小行星撞击的破坏如此之大呢？

一些科学家认为小行星撞击的位置可能非常关键。受冲击的高温蒸发岩石中含有大量石膏，释放出大量的硫气溶胶，使遮阳现象更加严重，形成酸雨，改变了水和土壤的性质。此外，撞击还释放出大量的氯，足以破坏臭氧层。

有证据表明，在K-T撞击之前，地球的生态系统被一系列大规模火山爆发削弱了。在K-T撞击之前的几十万年间，印度西部的德干盾周期性地向大气中喷发大量的二氧化碳和二氧化硫。事实上，多年来，科学界一直在争论物种灭绝的主要原因是德干盾还是K-T撞击。由于K-T影响和物种灭绝之间的时间相关性，目前的共识是K-T影响是物种灭绝的主要原因。就在最近，新的地质证据提供了一个可能的场景，可以将这两个原因联系起来。有证据表明，最大的德干火山爆发非常接近K-T撞击的时间，这导致一些科学家推测，撞击产生的地震波可能导致地幔震动，足以引发大规模火山爆发，从而导致环境变化。在这种情况下，小行星造成了第一次撞击，火山爆发带来了致命的一击。

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