導(dǎo)致恐龍滅絕的是小行星撞擊還是火山噴發(fā)？答案可能是二者的共同作用 _恐龍

導(dǎo)致恐龍滅絕的是小行星撞擊還是火山噴發(fā)？答案可能是二者的共同作用

印度的這些熔巖流地形可以追溯到白堊紀(jì)-第三紀(jì)大滅絕事件發(fā)生的時(shí)間

研究人員正在印度的德干暗色巖地形中研究火山特征
（）據(jù)新浪科技（任天）：新研究顯示， 6600萬年前撞擊地球的小行星或彗星或許不是恐龍滅亡的唯一罪魁禍?zhǔn)?。
發(fā)表在近期《科學(xué)》（Scicence）雜志上的兩篇論文探討了天外來物撞擊（如今在墨西哥尤卡坦半島的希克蘇魯伯隕石坑被認(rèn)為是此次撞擊造成的）和地球另一端的大規(guī)模火山噴發(fā)（地點(diǎn)是今天的印度）之間的可能聯(lián)系。參與這兩項(xiàng)獨(dú)立研究的科學(xué)家表示，目前還不清楚這場撞擊與火山噴發(fā)相比，在多大程度上引發(fā)了恐龍和其他眾多生命形式的大規(guī)模滅絕。
在其中一篇論文中，科學(xué)家揭示了白堊紀(jì)末期印度火山噴發(fā)的更確切時(shí)間，也正是大滅絕事件發(fā)生的6600萬年前。在長達(dá)百萬年的噴發(fā)過程中，火山噴射了橫跨印度數(shù)百公里的熔巖流。這一過程產(chǎn)生了多層洪流玄武巖，即今天的德干暗色巖（Deccan Traps ，又稱德干玄武巖）。該地形位于印度南部的德干高原，是地表上最大的火山地形之一，某些區(qū)域的厚度超過2000米。
論文作者、加州大學(xué)伯克利分校的行星科學(xué)家保羅·雷內(nèi)（Paul Renne）在聲明中說：“我可以非常有信心地說，這些火山噴發(fā)是在（小行星）撞擊后5萬年，或許是3萬年內(nèi)發(fā)生的。”
他還補(bǔ)充道，鑒于該研究的誤差范圍，可以認(rèn)為這些火山噴發(fā)與小行星或彗星的撞擊大致同時(shí)發(fā)生，“這是撞擊事件恢復(fù)熔巖流假說的重要證據(jù) 。”
火山爆發(fā)的時(shí)間
這篇論文還揭示了一個(gè)意外的發(fā)現(xiàn)：他們新測定的年代顯示，德干暗色巖中大約75%的熔巖是在撞擊之后噴涌出來的。如果進(jìn)一步的研究能證實(shí)這一點(diǎn) ，那將是一個(gè)意義重大的新發(fā)現(xiàn)，因?yàn)榇饲把芯匡@示，只有20%的熔巖是在小行星或彗星撞擊之后產(chǎn)生的。
科學(xué)家使用名為“氬-氬年代測定”（argon-argon dating）的精準(zhǔn)測年方法對(duì)白堊紀(jì)-第三紀(jì)滅絕事件期間形成的巖石進(jìn)行測量。在地質(zhì)記錄中，這些巖石所處的地層被稱為白堊紀(jì)-古近紀(jì)界線（K-Pg boundary），即介于白堊紀(jì)與第三紀(jì)之間的界線。
在新論文中，研究團(tuán)隊(duì)基于他們此前的研究結(jié)果，確定了撞擊發(fā)生的確切時(shí)間。根據(jù)從美國蒙大拿州采集的巖石分析結(jié)果，表明撞擊發(fā)生在66052000年前，誤差是正負(fù)8000年。
在2015年對(duì)印度巖石樣品的研究中，他們還解決了德干暗色巖的測年難題。研究顯示，至少在一處地點(diǎn)，火山噴發(fā)時(shí)間是在撞擊事件發(fā)生后的5萬年內(nèi) 。現(xiàn)在，這些科學(xué)家又在德干暗色巖其他地點(diǎn)的總共19個(gè)巖石樣品中確定了相似的時(shí)間。
如果大部分熔巖都是在撞擊事件之后才噴發(fā)出來，那將對(duì)生物滅絕的過程產(chǎn)生巨大影響。標(biāo)準(zhǔn)的敘事應(yīng)該是這樣的：如果德干暗色巖的大部分熔巖在撞擊事件之前噴發(fā)出來，那么隨之產(chǎn)生的氣體就可能導(dǎo)致全球溫度上升大約8攝氏度，這將迫使物種適應(yīng)更加溫暖的環(huán)境。然后，撞擊事件或火山噴發(fā)產(chǎn)生的灰塵會(huì)遮擋太陽，導(dǎo)致全球氣候突然變冷。
新的場景表明，氣候變化甚至可能在火山噴發(fā)達(dá)到頂峰之前就已發(fā)生。如果是這種情況，則氣體就可能是在很長一段時(shí)期內(nèi)，從地下巖漿室緩慢流出，就像我們今天在意大利埃特納火山和墨西哥波波卡特佩特火山看到的情形一樣。
“這改變了我們對(duì)德干暗色巖在K-Pg滅絕事件中所起作用的看法，”研究第一作者、目前在英國利物浦大學(xué)做博士后的考特尼·斯普雷恩（Courtney Sprain）說， “有可能德干高原的火山噴發(fā)沒有發(fā)揮作用——我們認(rèn)為這種可能性很低——也可能火山在最小規(guī)模的噴發(fā)中產(chǎn)生了大量導(dǎo)致氣候變化的氣體。”斯普雷恩此前曾在加州大學(xué)伯克利分校攻讀博士學(xué)位。
當(dāng)然，對(duì)于這項(xiàng)研究還有許多懸而未決的問題，特別是火山產(chǎn)生的氣體既可能導(dǎo)致氣候變冷，也能導(dǎo)致氣候變暖。而且，科學(xué)家至今還無法實(shí)時(shí)測量像德干暗色巖這樣大規(guī)模洪流玄武巖噴發(fā)的輸出量——最近一次這樣的噴發(fā)活動(dòng)還是在1500萬年前的大西洋西北部。
第二項(xiàng)新研究也使問題變得復(fù)雜。研究人員計(jì)算了德干暗色巖噴發(fā)的時(shí)間，得出了略有不同的結(jié)果。兩個(gè)研究小組分析了不同的礦物質(zhì) 。此外，一個(gè)小組關(guān)注的是熔巖流本身，另一個(gè)小組則關(guān)注熔巖流之間的沉積物。兩項(xiàng)研究的詳細(xì)結(jié)果發(fā)表在2月21日的《科學(xué)》雜志上。
相關(guān)報(bào)道：誰是恐龍“終結(jié)者”？研究證實(shí)德干地盾火山活動(dòng)觸發(fā)物種大滅絕
（）據(jù)中國科學(xué)報(bào)（唐鳳）：誰殺死了恐龍？自從幾十年前科學(xué)家在墨西哥灣發(fā)現(xiàn)一個(gè)巨大的隕石坑以來，答案似乎很簡單：6600萬年前，一顆巨大的小行星撞擊地球，引發(fā)了巨大的海嘯，同時(shí)塵埃遮住了太陽，導(dǎo)致全球氣溫驟降。
但這顆小行星并不是當(dāng)時(shí)唯一“造訪”地球的災(zāi)難。在今天的印度，當(dāng)時(shí)有數(shù)不清的火山裂縫在地下裂開，釋放出大量巖漿。在100萬年里，這些火山噴發(fā)產(chǎn)生的溫室氣體可能會(huì)提高全球氣溫，破壞海洋，使生命在小行星撞擊地球之前就已處于危險(xiǎn)狀態(tài) 。
然而，這個(gè)被稱為德干地盾的區(qū)域發(fā)生火山噴發(fā)的時(shí)間仍不確定。科學(xué)家就其在地球上60%的動(dòng)植物物種（包括大多數(shù)恐龍）滅絕過程中發(fā)揮了多大作用存在爭議。
近日，在兩個(gè)獨(dú)立研究中，研究人員使用不同的高精度測年方法，試圖找出是什么導(dǎo)致了生命大量消亡事件。這兩項(xiàng)研究都承認(rèn)，德干地盾的火山活動(dòng)（而非單由小行星的撞擊）在物種大滅絕事件中發(fā)揮著作用，但兩項(xiàng)研究在強(qiáng)調(diào)火山活動(dòng)觸發(fā)力上存在分歧。相關(guān)論文近日刊登于《科學(xué)》。“這兩項(xiàng)研究是在世界一流的地質(zhì)年代學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的，雖然其使用不同的技術(shù)確定德干地盾巖漿活動(dòng)的記錄日期，但得到了非常相似的結(jié)果。這些研究表明，在引發(fā)白堊紀(jì)—古近紀(jì)滅絕的原因中，既包括小行星沖擊，也包括大型火山噴發(fā) 。”未參與這些研究的美國地質(zhì)調(diào)查局的Seth Burgess告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“總的來說，這兩種方法都比先前所用的方法更精確且有其獨(dú)特的價(jià)值。”
再見，恐龍先生
地球的生物史存在著5次物種大滅絕事件。其中最著名的便是發(fā)生在白堊紀(jì)末期的物種大滅絕，它導(dǎo)致了非鳥類恐龍?jiān)诘厍蛏祥L期統(tǒng)治的結(jié)束。
然而，是什么觸發(fā)了白堊紀(jì)—古近紀(jì)物種大滅絕（究竟是一顆小行星的撞擊或是德干地盾火山持續(xù)數(shù)千年的大規(guī)模爆發(fā) ，或兩者兼有）仍然存在爭議。更好地了解德干地盾火山爆發(fā)時(shí)間，尤其是與希克蘇魯伯小行星撞擊進(jìn)行比較，有助于解決這一爭議。
理解這一重大的驅(qū)動(dòng)氣候變化的物種滅絕事件的研究也為了解當(dāng)前人類驅(qū)動(dòng)的氣候變化提供信息。
“白堊紀(jì)—古近紀(jì)物種滅絕抓住了公眾的想象力，因?yàn)樗婕懊匀说木扌蛣?dòng)物（恐龍）的滅絕，而且，它迫使人類思考自己的死亡。”其中一篇論文的通訊作者、美國普林斯頓大學(xué)地質(zhì)年代學(xué)家Blair Schoene告訴《中國科學(xué)報(bào)》，“我們現(xiàn)在正面臨著所謂的‘第六次大滅絕’，因此，了解過去的滅絕事件，對(duì)于我們理解當(dāng)前災(zāi)難性的氣候變化、生態(tài)系統(tǒng)破壞和潛在的大規(guī)模滅絕的可能性至關(guān)重要。”
之前的研究曾試圖確定德干地盾火山爆發(fā)的時(shí)間和影響，特別是與希克蘇魯伯撞擊時(shí)間相比照，但大多沒有結(jié)果。英國利物浦大學(xué)地質(zhì)年表學(xué)家Courtney Sprain表示，以前的研究無法確定德干地盾內(nèi)的白堊紀(jì)—古近紀(jì)界線。部分原因是技術(shù)精度低，而且采樣不完整。“好在地質(zhì)年代學(xué)和相關(guān)技術(shù)也在不斷改進(jìn)，因此我們的工作受益于過去幾十年的經(jīng)驗(yàn) 。”Sprain說。
目前，已有證據(jù)表明，在小行星來訪之前，地球的氣候一直在變化。在碰撞前約40萬年，地球逐漸變暖約5攝氏度，只是在大滅絕前溫度驟降。一些人認(rèn)為德干地盾可能是造成全球變暖的原因，這表明80%的熔巖是在希克蘇魯伯撞擊之前噴發(fā)的。
尋找火山活動(dòng)時(shí)間
但是新研究反駁了舊觀點(diǎn) 。其中Sprain及同事對(duì)冷卻熔巖形成的玄武巖進(jìn)行了取樣。他們使用氬—?dú)迥甏鷾y定法，測定了玄武巖的形成年代，從而直接判斷火山噴發(fā)的時(shí)間。
Sprain團(tuán)隊(duì)的測年結(jié)果表明，火山噴發(fā)在撞擊之前40萬年就開始了，并在撞擊之后開始加速，在小行星撞擊后的60萬年中釋放了德干熔巖中的大多數(shù)（75%）。如果德干地盾引發(fā)了全球變暖，那么它們的二氧化碳排放量必須在熔巖流真正形成之前就出現(xiàn)了。研究人員表示，這減少了巖漿活動(dòng)作為物種滅絕主要觸發(fā)因子的責(zé)任。
第二項(xiàng)研究使用了一種不同的方法確定火山噴發(fā)的時(shí)間。Schoene領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組，研究了夾在玄武巖層之間的鋯石晶體。
鋯石通常是在冷卻的巖漿內(nèi)形成的礦物，其所含的鈾的放射性同位素會(huì)在該礦物結(jié)晶后立刻衰變，并緩慢但穩(wěn)定地以已知的速率轉(zhuǎn)變成為鉛的同位素。因此，這兩種同位素目前在某個(gè)鋯石內(nèi)的比例可被用來決定其年代，且年代的不確定性可低至±4萬年。
于是，研究人員用鈾—鉛測年法，檢測了鋯石個(gè)體結(jié)晶內(nèi)的鈾—鉛同位素比。結(jié)果表明，德干地盾發(fā)生了4次高容量噴發(fā)事件，每一次持續(xù)時(shí)間約為10萬年，并向環(huán)境釋放了巨量的巖漿和改變氣候的溫室氣體。這些噴發(fā)事件開始的時(shí)間比希克蘇魯伯撞擊的時(shí)間早幾萬年。而德干噴發(fā)時(shí)釋放到大氣中的甲烷、二氧化碳和二氧化硫顯著改變了地球的氣候和環(huán)境，并在希克蘇魯伯到達(dá)很久之前就觸發(fā)了大規(guī)模的物種滅絕。
然而鋯石十分罕見， Schoene表示，從巖石中篩選出鋯石是一項(xiàng)耗時(shí)數(shù)年的工作。
求同存異
Schoene說，盡管這兩項(xiàng)研究存在不同，但在德干火山爆發(fā)的總體時(shí)間上基本一致。“如果對(duì)比兩項(xiàng)研究的數(shù)據(jù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)幾乎完全一致。”
堪薩斯大學(xué)勞倫斯分校地球化學(xué)家Noah McLean說，這場比賽代表著一場勝利。幾十年來，許多地質(zhì)年代學(xué)技術(shù)計(jì)算出來的年代無法一一對(duì)應(yīng) 。但McLean說，改進(jìn)的技術(shù)和校準(zhǔn)，“幫助我們走出百萬年的不確定性，得到精密的年表” 。
解開恐龍滅亡之謎不僅僅是一個(gè)學(xué)術(shù)問題。Sprain說，了解火山噴發(fā)向大氣中注入的二氧化碳是如何改變地球的，不僅對(duì)揭開恐龍滅絕之謎至關(guān)重要，對(duì)研究也很重要。“這是距離我們最近的一次大規(guī)模滅絕。”Sprain說，梳理行星撞擊和德干地盾的作用，可能有助于人們弄清前進(jìn)方向。
但Burgess表示，為了確定哪一組的解釋更準(zhǔn)確，人們需要更好的年代。“這兩項(xiàng)研究非常令人興奮，因?yàn)樗鼈兲崾镜纳餃缃^知識(shí)比我們以前所知道的要多，也告訴我們還有很多東西要學(xué) ，并產(chǎn)生了新的問題。”他說。
Burgess告訴《中國科學(xué)報(bào)》：“新問題是廣泛的，但我認(rèn)為其中最令人興奮的幾個(gè)問題是：如果行星撞擊和火山噴發(fā)共同觸發(fā)了大規(guī)模滅絕，我們能確定哪個(gè)觸發(fā)對(duì)地球系統(tǒng)的特定部分更致命嗎？它們的一致行動(dòng)是否會(huì)讓其變得更加致命？是否是一個(gè)對(duì)生物圈施加壓力，另一個(gè)把生物圈推向臨界點(diǎn)？為了回答這些問題，我們需要更準(zhǔn)確的化石滅絕記錄、撞擊者到達(dá)記錄以及德干地盾巖漿活動(dòng)的時(shí)間。”
相關(guān)論文信息：
DOI:10.1126/science.aaw0473
DOI:10.1126/science.aau2422
DOI:10.1126/science.aav1446
相關(guān)報(bào)道：小行星撞擊和大規(guī)模火山爆發(fā)共同導(dǎo)致了恐龍和其他中生代動(dòng)物的滅絕
（）據(jù)新華社洛杉磯3月2日電（譚晶晶）：對(duì)于恐龍滅絕的原因，一種流行的理論認(rèn)為是約6600萬年前一顆小行星撞擊地球。而美國《科學(xué)》雜志近日發(fā)布的兩項(xiàng)研究認(rèn)為，小行星撞擊和大規(guī)模火山爆發(fā)共同導(dǎo)致了恐龍和其他中生代動(dòng)物的滅絕。
位于墨西哥尤卡坦半島的希克蘇魯伯隕石坑，是這次小行星撞擊的證據(jù) 。研究人員發(fā)現(xiàn)，與撞擊差不多的時(shí)候，地球上發(fā)生了一系列火山爆發(fā)事件，今天位于印度南部德干高原的德干暗色巖就是因此形成的。
兩個(gè)科研團(tuán)隊(duì)運(yùn)用不同方法測算了相關(guān)火山爆發(fā)的時(shí)間。美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校和英國利物浦大學(xué)的團(tuán)隊(duì)通過研究一種名為斜長石的礦物質(zhì)的形成時(shí)間來測算，而美國普林斯頓大學(xué)的團(tuán)隊(duì)通過研究各次火山爆發(fā)之間的沉積物來測算。
研究發(fā)現(xiàn)，德干高原在那個(gè)時(shí)期有過4次強(qiáng)烈的火山爆發(fā) ，其中一次發(fā)生在小行星撞擊前，這意味著并不是小行星撞擊引發(fā)了這次火山爆發(fā) 。目前尚不清楚小行星撞擊與火山爆發(fā)相比，在多大程度上導(dǎo)致了恐龍和其他生物的大規(guī)模滅絕。
研究人員認(rèn)為，火山噴出的大量巖漿可能毀滅了附近的生物。火山爆發(fā)將大量含硫氣體、二氧化碳等噴射到大氣中。含硫氣體使大氣在短期內(nèi)冷卻，而二氧化碳、甲烷等則使地球長期變暖。火山爆發(fā)引發(fā)的這種氣候波動(dòng)，使地球上的生存環(huán)境變得惡劣，是恐龍滅絕的誘因之一。
參與研究的英國利物浦大學(xué)學(xué)者考特妮·斯普雷恩認(rèn)為，了解火山噴發(fā)的二氧化碳如何進(jìn)入大氣層從而改變地球生態(tài)，不僅對(duì)研究恐龍滅絕原因至關(guān)重要，還有助于今天氣候變化等方面的研究。

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導(dǎo)致恐龍滅絕的是小行星撞擊還是火山噴發(fā)？答案可能是二者的共同作用