从地层中寻找恐龙灭绝的原因 发布时间:2020-03-15
在两亿多年前的中生代,大量爬行动物生活在陆地上。因此,中生代也被称为“爬行动物时代”。脊椎动物第一次广泛占据了地球。那时,地球气候温暖,土地覆盖着茂密的森林。爬行动物有足够的食物,并随着越来越多的物种而逐渐繁荣。它们继续分化成各种爬行动物,有些变成了今天的海龟,有些变成了今天的鳄鱼,有些变成了今天的蛇和蜥蜴,还有一些变成了今天世界各地的哺乳动物。
白垩纪-古近纪大规模灭绝是发生在6600万年前的一次大规模生物灭绝事件。这场灭绝事件对生活在地球上的动植物来说是一场灾难,大约75%的动植物在这场生物灾难中消失了(图1)。陆地上有一些哺乳动物、翼龙、鸟类、蜥蜴、昆虫和植物。苍龙、蛇颈龙、菊石和海洋中的各种浮游生物都消失了。作为统治地球1.7亿年的霸主,恐龙不幸在这次灭绝事件中消失了。
图1显生宙五种生物灭绝
在这次灭绝事件之后,地球的生物多样性恢复了很长一段时间。然而,这一灭绝事件并没有毁灭地球上的所有物种,如哺乳动物和鸟类,而是幸存下来并成为一个新的优势物种。此外,许多物种在灭绝后经历了适应性扩张。哺乳动物空前发展,产生了许多新物种,如马、鲸、蝙蝠和灵长类动物。
罪魁祸首是小行星?
恐龙在白垩纪末期灭绝的原因一直存在争议,“小行星撞击假说”目前很有影响力。
这一假设是1980年由LuisAlvarez及其团队发现的。他们的团队在世界上白垩纪-古近纪的几个粘土层中发现了异常高的铱含量。铱本身在地壳中含量很低,而白垩纪-古近纪界线粘土层中铱的丰度接近正常值的100倍。由于大多数小行星和彗星中铱的丰度非常高,阿尔瓦雷斯的团队认为小行星撞击发生在白垩纪-古近纪之交。
他们推测小行星的直径可能达到10公里,猛烈的撞击释放出相当于1万亿吨梯恩梯的能量,是氢弹爆炸能量的200万倍。撞击假说提出大约10年后,科学家在墨西哥湾的尤卡坦半岛发现了直径180-200公里的奇虚拉陨石坑(图2),进一步证实了小行星撞击的推测。
这次小行星撞击事件对整个地球的生态环境造成了极其恶劣的影响,导致了全球变冷、大范围的野火和酸雨,以及11级以上的地震、海岸线坍塌和巨大的海啸。
图2小行星撞击的陨石坑位置
多重事件的叠加导致灭绝。
尽管有很多证据支持当前的小行星撞击假说,但许多科学家仍然提出了不同的意见。
在地质历史上,曾发生过多次大规模灭绝,这些大规模灭绝与大规模火山爆发密切相关。例如,中二叠世的峨眉山火山爆发,晚二叠世的西伯利亚火山爆发和晚三叠世的中大西洋火山爆发。特别是在白垩纪末期,德干高原开始了大规模的火山爆发,导致了全球变暖和大范围的酸雨。火山喷发的玄武岩覆盖了整个印度大陆(图3),总面积约150万平方公里。垂直喷出的玄武岩与千千米重叠,总面积约120万公里。
图3德甘高原火山喷发沉积的玄武岩
中国地质大学(北京)王成山院士研究小组与美、英、德等国科学家合作取得的最新研究成果,为恐龙灭绝提供了新的证据。
近年来,越来越多的研究开始关注这些地质事件之间的联系,并提出小行星撞击可能加剧德干高原的火山爆发。随着研究的深入,科学家们发现仅仅依靠火山爆发或小行星撞击德干高原可能不足以引发大规模灭绝,于是提出了多重事件共同导致灭绝的观点。
一般来说,与海洋环境相比,地质记录的不连续性和不完整性是制约陆地气候变化精细研究的“瓶颈”。为了突破这一“瓶颈”,王成山院士团队通过对松辽盆地陆相科学钻探工程(图4)-宋克2井岩心的深入研究,获得了连续完整的地质记录,并首次在白垩系-古近系界线附近重建了相对连续的陆相气候记录。
图4松辽盆地白垩系大陆科学钻探井场
根据对大陆记录的研究,在德干火山爆发之后和小行星撞击之前,松辽盆地大约有2/3的物种已经灭绝(图5)。这表明,德干火山爆发和小行星连续第二次撞击是恐龙和其他物种灭绝的原因。首先,德干火山的爆发导致了剧烈的温度上升和二氧化碳浓度上升,破坏了生态系统的稳定性,导致了一些物种的灭绝。此后,小行星的撞击在短时间内导致原本不稳定的生态系统崩溃,形成压垮骆驼的最后一根稻草。
从白垩纪-古近纪界线附近重建的陆地气候记录可以看出,在小行星撞击地球前约30万年,地球温度和大气中二氧化碳浓度显著升高,这与德干高原火山爆发的时间高度一致。
图5白垩纪-古近纪灭绝期温度和二氧化碳浓度变化及物种灭绝
此外,白垩纪-古近纪是地质史上典型的温室气候期。在此期间,赤道地区海水的表面温度高达36℃,比今天高8 ~ 10℃。从赤道到两极的温度梯度只有24摄氏度,大约是25摄氏度;比今天低。大气CO2浓度是今天的2~4倍。除了很短的一段时间,地球的北极和南极没有冰盖形成。海平面比今天大约高50米。
恐龙灭绝只能在各种内外因素的共同作用下发生。因此,这一理论认为恐龙灭绝是一个复杂的过程。单一原因很难导致恐龙灭绝。恐龙灭绝是由许多因素造成的。但不管当时发生了什么,至少有一件事是不可否认的,那就是恐龙无法适应或改变所发生的事情。如果它们能适应或改变环境,它们会如此神秘地灭绝吗?
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