恐龍滅絕場景藝術圖。（圖片來源：CLAUS LUNAU/SCIENCE SOURCE）
6600萬年前，一顆小行星撞向地球，引發(fā)持續(xù)數(shù)千年的氣候災變，所有的非鳥恐龍在寒冷與饑餓中死去。這個“小行星撞擊學說”，是我們最熟悉的恐龍滅絕假說。但是，真實的故事遠沒有如此簡單。剛剛發(fā)表在《科學》雜志上的兩項研究告訴我們，印度德干的超級火山噴發(fā)也是恐龍滅絕的重要推手。然而，隨之而來的，是一場全新的爭論……
撰文 | 吳非
6600萬年前的白堊紀末期，一塊直徑至少10千米的小行星碎片穿透大氣層，在墨西哥猶加敦半島砸出一個直徑達180千米的隕石坑。這次能量相當于100萬億噸TNT當量的撞擊讓北美的生物迅速死亡，并引發(fā)海嘯與超級地震。隨之揚起的火山灰與二氧化硫（SO2）讓陽光難以抵達地球，地球進入漫長的寒冬，生態(tài)系統(tǒng)陷入崩潰。很快，包括所有非鳥恐龍在內(nèi)，地球上75%的物種滅絕，以恐龍為代表的中生代爬行生物偏居一隅，而曾經(jīng)在角落中掙扎的哺乳動物從此站上地球舞臺的中心。
這段描述，是我們最熟悉的恐龍滅絕場景。1980年，地質學家發(fā)現(xiàn)，常見于小行星的稀有金屬銥在白堊紀末期大量出現(xiàn)，這讓撞擊理論開始進入科學家的視線。到了上世紀90年代，尤卡坦半島的?？颂K魯伯隕石坑被發(fā)現(xiàn)后，科學界終于達成共識：大約6600萬年前，一顆足以造成生物大滅絕的小行星光臨了地球?！靶⌒行亲矒魧е驴铸垳缃^”的故事也迅速流行起來。
希克蘇魯伯隕石坑輪廓圖。圖片來源：（DETLEV VAN RAVENSWAAY/SCIENCE SOURCE）
但在這個看似偶然的撞擊事件背后，是地質學界持續(xù)至今的一場爭論。恐龍滅絕，就是一顆小行星這么簡單嗎？
德干火山
爭論的焦點，遠在地球的另一側。德干地盾，位于印度西部的德干高原，由面積50萬平方千米、厚度超過2千米的玄武巖組成。這些暗黑色的巖體，源自一系列超級火山噴發(fā)。熔巖在地表冷卻后，經(jīng)過一系列地質過程，演變成今天的玄武巖。當科學家盡可能精確地測出這些巖石的年齡時，一個驚人的巧合浮出水面：那次規(guī)模驚人的火山噴發(fā)，恰巧發(fā)生在大約6600萬年前！
德干地盾。（圖片來源：Nicholas/Wikipedia）
兩個史詩級的地質災難，恰好幾乎同時出現(xiàn)在恐龍時代的尾聲。誰才是恐龍滅絕的主要推手？這兩次災難之間，是否存在內(nèi)在關聯(lián)？
要復原恐龍末日的場景，僅僅精確到“大約6600萬年前”還遠遠不夠?？茖W家必須找出火山噴發(fā)與小行星撞擊之間準確的時間關系。這個問題看似簡單：科學家只需要從德干地盾的巖石記錄中找到小行星撞擊的位置、火山噴發(fā)起始與結束的位置，再通過發(fā)展多年的定年技術，測定這些事件的年代。
不過，問題就在這里：在實際操作中，無論是精準定年還是尋找撞擊點，都充滿了挑戰(zhàn)。在最新一期的《科學》雜志中，人們期待已久的突破終于出現(xiàn)。對于關心恐龍命運的吃瓜群眾來說，有一個好消息和一個壞消息：好消息是，一次性出現(xiàn)了兩篇突破性的論文；而壞消息是，這兩項研究的結論存在不小的分歧。
這兩項研究分別來自Courtney Sprain領導的加州大學伯克利分校團隊，以及以Blair Schoene為首的普林斯頓大學團隊。兩支研究團隊通過對德干地盾地質記錄的研究，分別重建了6600萬年前的恐龍滅絕場景。
兩個故事
讓我們首先進入伯克利團隊描繪的恐龍末日。
那是6605.2萬年前，這時德干高原的火山已經(jīng)持續(xù)穩(wěn)定地噴發(fā)了40萬年，而全球氣溫在升高5℃后又降回原點。滾熱的熔巖早已覆蓋了德干高原，勾勒出一片廣袤的生命禁區(qū)。對生活在全球其他區(qū)域的恐龍來說，雖說尚且談不上滅頂之災，但氣候的反復變化讓生態(tài)系統(tǒng)變得脆弱，這也為隨后的事件埋下伏筆。
圖片來源：José-Luis Olivares/MIT
小行星來了。突如其來的小行星撞向尤卡坦半島，噴濺物索取了北美所有生物的性命。而后，火山灰與二氧化硫進入大氣層，阻止陽光射向地面。短短幾十年，氣溫下降了2~4℃，地球也進入了長達數(shù)千年的漫長冬季。氣溫的急劇變化與光照的減弱，讓本就脆弱的生態(tài)系統(tǒng)舉步維艱。
小行星撞擊的另一個后果，是一場里氏10級的超級地震。雖然我們難以復原板塊斷裂的全部過程，但研究團隊推斷，不久之后，受全球超級地震的擾動，德干火山的噴發(fā)加劇。在撞擊后的60萬年間，德干火山的噴發(fā)量是小行星撞擊前的3倍之多。隨之釋放的溫室氣體讓地球再次進入漫長的升溫模式。就這樣，在冰與火的交替之間，火山完成對恐龍的致命一擊。
而在普林斯頓團隊的故事中，小行星撞擊發(fā)生在6601.6萬年前——與伯克利團隊測定的時間幾乎一致。同樣在撞擊前40萬年，德干的火山噴發(fā)拉開了序幕。不過，不同于上一個故事中持續(xù)100萬年的穩(wěn)定噴發(fā)，Schoene認為火山噴發(fā)包含了4個活躍期；而在兩次活躍期之間，是長達10萬年的間歇期。有趣的是，噴發(fā)最劇烈的第2個活躍期出現(xiàn)在撞擊之前，而小行星撞擊則是落在間歇期！
Schoene論文中火山噴發(fā)的4個活躍期
我們很容易得出兩個結論：1.早在小行星撞擊之前，構成德干地盾的大部分巖漿已經(jīng)噴出地表，因此火山對生物的影響也主要體現(xiàn)在撞擊之前；2.撞擊沒有影響德干火山的噴發(fā)——撞擊事件后，德干火山依然處于“熄火”狀態(tài)。
因此，在Schoene的故事中，火山噴發(fā)與小行星撞擊，看上去更像是一個驚人的巧合——兩個沒有任何聯(lián)系，但都足以對恐龍造成毀滅性打擊的事件，恰巧幾乎在同一時間發(fā)生。于是，在雙重打擊之下，恐龍陷入萬劫不復。
漏洞在哪？
在這兩個恐龍滅絕的故事中，德干地盾的火山都扮演著重要的角色。但對其與小行星撞擊的聯(lián)系，卻有著截然不同的解讀。為什么對同一地區(qū)、同一時間的研究，出現(xiàn)了如此差異？其中的關鍵在于，兩項研究采用了不同的研究方法。
在地學研究中，年代測定依照的是放射性同位素的衰變——經(jīng)過特定的半衰期，放射性同位素衰減一半。理論而言，不同的同位素體系，應該得出一致的結論。但在實際操作中，由于定年材料的不同、精確度的差異等因素，即使盡可能保證取樣與操作的準確、進行誤差校正，也往往產(chǎn)生不同的結果。
對于6000多萬年前的白堊紀末期，兩種最常使用的定年手段——Schoene團隊采用的鈾-鉛定年，以及Sprain團隊的氬/氬定年，就存在這樣的問題。
兩位通訊作者在稱贊對方工作的同時也都指出，對方的研究中存在明顯的漏洞。在Schoene看來，他們的優(yōu)勢在于，鈾-鉛定年比氬/氬定年精度更高。他們對德干火山噴發(fā)階段的剖析，正是高精度的表現(xiàn)。此外，Sprain團隊測定的對象（斜長石）在巖漿噴出地表之前就已經(jīng)結晶成形，時間上的誤差在所難免。
而在另一邊，伯克利的Sprain將矛頭指向測定對象的代表性。Sprain寫道，他們使用的斜長石完全源自火山噴發(fā)，因此完全反映了火山噴發(fā)事件；而對方測定的鋯石可能形成于噴發(fā)過程，但也可能形成于非噴發(fā)期的沉積過程，這可能是誤差的重要來源。
在這兩個故事中，哪一個才是更接近真相的？還是說，所有人都還沒有接近真相？看來，關于恐龍滅絕的完整過程，這些地質學家還要再爭論一陣子了。
原始論文：
Pb constraints on pulsed eruption of the Deccan Traps across the end-Cretaceous mass extinction.
DOI: 10.1126/science.aau2422
The eruptive tempo of Deccan volcanism in relation to the Cretaceous-Paleogene boundary.
DOI: 10.1126/science.aav1446
《萬物》2019年2月刊現(xiàn)已上市
