天体碰撞与2.5亿年前的物种大灭绝

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国际著名学术刊物《Science》在2001年二月下旬的一期中,发表了美国华盛顿大学西雅图分校贝克尔博士等人的一篇文章。他们的发现为2.5亿年前的物种大灭绝提供了证据,认为这是由一颗彗星或者小行星撞击地球所引发。科学家们认为,彗星或者小行星与地球的碰撞,并不会直接杀死这些生命,而只是引发了一系列的事件。

(选自天文爱好者2001年第三期,作者吴光节)

国际著名学术刊物《Science》在2001年二月下旬的一期中,发表了美国华盛顿大学西雅图分校贝克尔博士等人的一篇文章。他们的发现为2.5亿年前的物种大灭绝提供了证据,认为这是由一颗彗星或者小行星撞击地球所引发。科学家们认为,彗星或者小行星与地球的碰撞,并不会直接杀死这些生命,而只是引发了一系列的事件。比如诱发了大规模的火山活动,改变了海洋中的含氧量,改变了海平面高度和气候,等等。这些事件又会直接引发大规模的生物死亡。在这样大的生存环境变故之中,物种如果不能适应,就只能遭到灭顶之灾了。

2.5亿年前的物种大灭绝早就为世人所熟知。这可能是地球上遭受的最严重的大规模毁灭。该事件使得地球上百分之90以上的生物死亡,其中包括超过百分之90的海洋物种,和大约百分之70的陆生脊椎动物遭到毁灭。从地球的地质结构中,早就在二叠纪和三叠纪的沉积边界层发现了很多的生物化石,诸如著名的三叶虫等一万五千种化石。这些化石在此二叠纪、三叠纪边界层急剧减少,而在其上层的地质结构中则全无踪迹了。这说明,灾难发生得很快,大约在八千年到十万年间,这些物种就全部消亡了。

贝克尔等人的研究得到了美国宇航局天文生物学和宇宙化学研究计划、以及美国国家自然科学基金的支持。他们的考察队在二叠纪、三叠纪地质边界层发现了一种被称为“巴基球”(Bucky balls),或者叫“富勒物”(Fullerenes)的物质。这种物质的分子至少包含有60个碳原子,其结构就像一个足球,或是用于大地测量的圆形屋顶,而在其碳原子组成的“笼子”的中心,含有稀有气体氦或者氩。这种分子物质的英文命名,就是为了纪念大地测量圆顶的发明者巴克麦恩斯特·富勒(Buckminster Fuller)。图中显示了最常见的巴基球分子“碳60”的形状,它的表面由很多六边形和五边形组成。

科学家们知道这些别具特色的巴基球物质来源于宇宙空间。因为,陷入其中的稀有气体有着不同寻常的同位素比率。同位素是指元素的原子核有同样数目的质子,但是有不同数目的中子。地球上的氦大多数是氦4,也就是说有2个质子和2个中子。但是地球以外的氦却多数为氦3,也就是说有2个质子却只有1个中子。

在宇宙中,有一类晚型恒星叫碳星。科学家们发现,碳星和巴基球之间是有关联的。碳星中有大量的碳原子,并且其极高的温度和气压,或许创造了唯一可能的环境,使地球之外的氦和氩这些稀有气体被强力压进了巴基球中。

如此说来,这些含有稀有气体原子的巴基球是在太阳系之外形成的。而现在,它们又集中于地球上地质的二叠纪和三叠纪之间的沉积层。这意味着,它们很可能是在地质历史上的一定时期里,由彗星或者小行星带到地球上的。科学家们估计该天体的直径约为6到12公里,跟六千五百万年前造成恐龙灭绝的那个天体大小相当。六千五百万年前那次碰撞留下的撞击坑,很可能位于墨西哥的尤卡坦半岛。但是,科学家们这次的研究工作是相当困难的。因为,在地球上留下来的2.5亿年前的岩石已经不多。这么古老的石头,大部分在地球2.5亿年来的演化中都被重构了。不过,现在在日本、中国和匈牙利的地质二叠纪、三叠纪边界沉积层中,都还可以找到这些泄露了秘密的巴基球物质。从匈牙利得到的样品还显得证据不十分充分;但是,从中国和日本得到的样品,则有足够的证据。

不过科学家们还不知道在2.5亿年前的这一天体碰撞的准确撞击点在何处。在那个遥远的年代,地球上所有的陆地都还连在一起,整个地球上只有一块超级大陆。

以前,科学家们认为,彗星或者小行星与地球的碰撞都会留下较多的铱元素(Ir)—这是在六千五百万年前的白垩纪沉积层中发现的。铱元素在二叠纪、三叠纪边界层中也有发现,但是并不像在六千五百万年前的白垩纪沉积层中那么多。研究者认为,这种差异可能反映了这两次外来碰撞的天体有着不同的组成成分。

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