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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，引發持續數千年的氣候災變，所有的非鳥恐龍在寒冷與飢餓中死去。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。剛剛發表在《科學》雜誌上的兩項研究告訴我們，印度德干的超級火山噴發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。這次能量相當於100萬億噸TNT當量的撞擊讓北美的生物迅速死亡，並引發海嘯與超級地震。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，生態系統陷入崩潰。很快，包括所有非鳥恐龍在內，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，地質學家發現，常見於小行星的稀有金屬銥在白堊紀末期大量出現，這讓撞擊理論開始進入科學家的視線。到了上世紀90年代，尤卡坦半島的希克蘇魯伯隕石坑被發現後，科學界終於達成共識：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。“小行星撞擊導致恐龍滅絕”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後，是地質學界持續至今的一場爭論。恐龍滅絕，就是一顆小行星這麼簡單嗎？
德干火山
爭論的焦點，遠在地球的另一側。德干地盾，位於印度西部的德干高原，由面積50萬平方千米、厚度超過2千米的玄武岩組成。這些暗黑色的巖體，源自一系列超級火山噴發。熔岩在地表冷卻後，經過一系列地質過程，演變成今天的玄武岩。當科學家儘可能精確地測出這些岩石的年齡時，一個驚人的巧合浮出水面：那次規模驚人的火山噴發，恰巧發生在大約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，是否存在內在關聯？
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。科學家必須找出火山噴發與小行星撞擊之間準確的時間關係。這個問題看似簡單：科學家只需要從德干地盾的岩石記錄中找到小行星撞擊的位置、火山噴發起始與結束的位置，再通過發展多年的定年技術，測定這些事件的年代。
不過，問題就在這裡：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。在最新一期的《科學》雜誌中，人們期待已久的突破終於出現。對於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持續穩定地噴發了40萬年，而全球氣溫在升高5℃後又降回原點。滾熱的熔岩早已覆蓋了德干高原，勾勒出一片廣袤的生命禁區。對生活在全球其他區域的恐龍來說，雖說尚且談不上滅頂之災，但氣候的反覆變化讓生態系統變得脆弱，這也為隨後的事件埋下伏筆。
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。而後，火山灰與二氧化硫進入大氣層，阻止陽光射向地面。短短几十年，氣溫下降了2~4℃，地球也進入了長達數千年的漫長冬季。氣溫的急劇變化與光照的減弱，讓本就脆弱的生態系統舉步維艱。
小行星撞擊的另一個後果，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，不久之後，受全球超級地震的擾動，德干火山的噴發加劇。在撞擊後的60萬年間，德干火山的噴發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，德干的火山噴發拉開了序幕。不過，不同於上一個故事中持續100萬年的穩定噴發，Schoene認為火山噴發包含了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，噴發最劇烈的第2個活躍期出現在撞擊之前，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岩漿已經噴出地表，因此火山對生物的影響也主要體現在撞擊之前；2.撞擊沒有影響德干火山的噴發——撞擊事件後，德干火山依然處於“熄火”狀態。
因此，在Schoene的故事中，火山噴發與小行星撞擊，看上去更像是一個驚人的巧合——兩個沒有任何聯繫，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生。於是，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繫，卻有著截然不同的解讀。為什麼對同一地區、同一時間的研究，出現瞭如此差異？其中的關鍵在於，兩項研究採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，由於定年材料的不同、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，也往往產生不同的結果。
對於6000多萬年前的白堊紀末期，兩種最常使用的定年手段——Schoene團隊採用的鈾-鉛定年 ，以及Sprain團隊的氬/氬定年，就存在這樣的問題。
兩位通訊作者在稱讚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，他們的優勢在於，鈾-鉛定年比氬/氬定年精度更高。他們對德干火山噴發階段的剖析，正是高精度的表現。此外，Sprain團隊測定的對象（斜長石）在岩漿噴出地表之前就已經結晶成形，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，因此完全反映了火山噴發事件；而對方測定的鋯石可能形成於噴發過程，但也可能形成於非噴發期的沉積過程，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，關於恐龍滅絕的完整過程，這些地質學家還要再爭論一陣子了。
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
本文轉自公眾號“環球科學”（huanqiukexue）
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