小行星砸向地面,點燃了10%的北半球,讓人類遭遇了千年寒冬

2022年04月19日10:41

  說起恐龍滅絕前的那場小行星撞擊,我們或許會覺得那是一場遙遠的災難。但就在一萬多年前,人類或許也曾經曆過類似的天災。

  撰文 | 二七                    

  審校 | Clefable

  大約6600萬年前,一顆巨大的小行星撞上了如今墨西哥的尤卡坦半島,引發了大範圍的野火和海嘯。如果說野火和海嘯影響的範圍都還有限,那麼撞擊和野火(或火山)帶來的煙霧和塵埃很快覆蓋了地球表面,遮蔽了陽光,讓整個地球迎來了一段漫長的冬天。

  這顆小行星就是著名的希克蘇魯伯(Chicxulub)小行星。就在這場撞擊後不久,陽光的缺失摧毀了整個生態系統,地球迎來了白堊紀末大滅絕——或者說我們俗稱的“恐龍滅絕”:約76%的物種從此消失了,其中就包括所有的非鳥類恐龍。

  你可能會覺得,這樣一幅末日景象離我們很遠。但人類或許也曾經曆過類似的事件,就在一萬多年前。

  需要說明的是,目前對白堊紀末大滅絕的原因仍有很多爭議。一般認為,希克蘇魯伯小行星撞擊和德干火山爆發使地球的環境和氣候發生了劇變,從而影響了全球的生態系統。然而這兩個事件在這場生態災難中扮演了怎樣的角色,學界至今沒有達成一致。(圖片來源:pixabay)

  “厄運之花”

  故事還要從更新世末期說起,地球告別了最近一次冰期(被稱為末次盛冰期,LGM),開始緩慢升溫。然而12 900年前,這樣的趨勢突然被打斷了——全球的大部分地區氣溫驟降,在短短幾十年間,全球平均氣溫可能下降了6-8℃,地球進入了長達1300年的寒冬。這場突如其來的冬季結束的也很突然:格陵蘭的冰芯記錄顯示,大約11 700年前,當地氣溫在10年內迅速上升了10℃,標誌著這段漫長寒冬的結束。

  這次突然的降溫被稱為“新仙女木事件”,它得名於一種植物——仙女木(Dryas octopetala)。仙女木是一種耐寒不耐熱的植物,會開出白色的小花,如今主要生長在寒冷的北極地區。然而在12 900-11 700年前,作為大規模降溫的證據,這種小白花幾乎開遍了整個北半球。

  廣闊的草原上搖曳著白色的小花,聽起來是很美麗的景象。然而對許多物種,包括人類來說,仙女木更像是一朵“厄運之花”。就在同一時期,北美洲和歐洲的哺乳動物明顯衰退,尤其是乳齒象、大地懶等典型的巨型動物退出了北美洲。北美洲的克洛維斯文明也就此銷聲匿跡。

  在北美洲,有一套很明顯的深色地層,就形成於約12 900年前新仙女木事件剛開始的時候,被稱為“黑墊”(black mat)。在黑墊層下面的地層中(比黑墊層更古老),出土了大量巨型動物骨骼化石和屬於克洛維斯文明的獨特工具,然而在黑墊層以上(比黑墊層更年輕),卻幾乎找不到巨型哺乳動物與克洛維斯人的任何痕跡了。

  小行星“到此一遊”

  就和地質歷史上幾乎所有氣候變化事件一樣,關於新仙女木事件的成因眾說紛紜。2007年,美國勞倫斯伯克利國家實驗室的R。 B。 費爾斯通(R。 B。 Firestone)和同事發現了一組關鍵的證據。他們發現,北美洲的黑墊層下方還有一個很薄的沉積層,雖然只有不到5釐米厚,但其中佈滿了微球粒、納米金剛石顆粒、各種奇怪形態的碳、木炭和煙粒,微球粒中還檢測到了很高的銥含量。

  這些發現彷彿是遞給地質學家的一條留言——小行星“到此一遊”:首先,微球粒本就是隕石撞擊現場的“常客”;同時,銥在地球表面很稀有,因此大量的銥往往指向了地外天體。雖然高銥含量的微球粒還有可能形成於火山噴發,但研究者進一步分析了微球粒的成分,對比已知的各類隕石和形成於火山的微球粒,最終排除了它們來自火山的可能性。

  與這些高銥微球粒同時出現的,還有許多球形的碳和玻璃質的碳,這些物質與煙粒、木炭共同指向了另一個來源——野火。在現代的森林大火中,也能觀察到類似的物質。因此,研究者懷疑在12 900年前,這裏曾發生過一場隕石撞擊,並因此點燃了野火,撞擊和燃燒產生的高溫將大量的有機質燃燒成了碳球、玻璃態的碳甚至納米級的金剛石顆粒。

 

  碎裂的小行星

  如果說2007年的這項研究拉開了新仙女木事件撞擊說的序幕,那麼2018年發表的一項大型研究就向我們描繪了更為清晰的圖像。由24名科學家組成的團隊,從全球170多個地點採集了冰芯或沉積物樣品,試圖複原出一萬多年前這場事件的全貌。由於內容過多,這項研究分為兩篇論文,同時發表在了《地質學雜誌》上。

  這次,研究者不僅找到了更全面的撞擊和野火證據,還根據沉積物中煙粒的濃度,計算了一萬多年前那場野火的面積——這場火燃盡了大約7.3%±2.3%的生物質,燒燬了近1000萬平方千米的陸地,約占北半球陸地的10%。相比之下,白堊紀末大滅絕事件期間燃燒的生物質還不到這場大火的三分之一。

  根據計算,這種規模的燃燒所產生的煙霧和氣溶膠完全有能力遮蔽太陽,給地球帶來一場千年寒冬。然而還有一個問題是,小行星撞擊如何引發這麼大規模的火災?

  作為對比,100多年前在西伯利亞發生的“通古斯大爆炸”曾被認為是某個小行星在地球大氣內爆炸導致的,據估計,這場爆炸產生的衝擊力接近200顆原子彈,影響面積有2000平方千米,但點燃的面積只有不到200平方千米。如果想要點燃北半球的10%,所需的能量要大得多,可能要1000兆噸TNT當量。

  那麼是一個巨大的小行星撞到了地球嗎?也不太可能,因為“一次較大的小行星撞擊事件,很難形成這樣廣泛散佈各地的物質沉積。”美國堪薩斯大學的阿德里安·梅洛特(Adrian Melott)解釋道,他是這項研究的作者之一,“因此我們猜測,更可能是一顆小行星碎裂開,碎片分散撞擊了幾個大陸。”

  按照計算,這顆小行星的直徑需要大於100千米,大約在進入地球軌道後開始解體,碎片與至少4個大陸相撞,或在大陸上空爆炸,釋放的能量引發了大規模的野火。當大量氣溶膠進入平流層後,陽光被大幅遮擋,導致了千餘年的“撞擊冬天”。與此同時,NH4和NO3還有其他生物質燃燒的副產品在大氣中發生化學反應,很可能導致了酸雨。一系列的氣候變化、野火和環境退化導致了巨型動物和人類文明的衰退或轉型。

  沒有結局的故事

  如果說這些冰芯與沉積層中的指示劑都還是比較間接的證據,那麼2020年發表於《科學報告》的一項研究可能提供了更為直接的證據。

  在敘利亞北部的Aby Hureyra考古遺址中,考古學家發現了大量熔化後有重新凝結的金屬顆粒和玻璃態物質,其中包括熔點在1768℃的鉑和熔點在2466℃的銥。也就是說,當時周圍的大氣溫度甚至可能達到了近2500℃。

  研究的作者之一,美國加州大學聖芭芭拉分校的地質學家詹姆斯·肯尼特(James Kennett)表示:“在這樣高的溫度里,一輛車可以在不到一分鐘之內完全熔化。”他們認為,這種能量強度只能由瞬間的高能量現象造成——很可能就是小行星撞擊事件的結果。如果真的如此,那這裏可能就是第一個記錄了小行星碎片給人類居住區帶來直接影響的遺蹟。

  在文章最後,需要說明的是,新仙女木的撞擊假說也只是故事的一個版本。另一個更為“主流”的假說認為是北半球的冰蓋迅速融化,導致海洋的溫鹽環流放緩,從而改變了全球氣候。同樣,也有許多證據指向了這個版本的故事。

  或許就和恐龍滅絕一樣,我們只能等待更多的證據出現,來揭開故事的“真相”。當然,更大的可能性是,我們永遠無法確定自己有沒有找到那個“正確的”答案。

  相關論文:

  https://www.journals.uchicago.edu/doi/10.1086/695703#_i31

  https://www.journals.uchicago.edu/doi/full/10.1086/695704

  https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.0706977104#F3

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1040618211002333

  https://www.nature.com/articles/s41598-020-60867-w

  本文轉自《環球科學》  

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