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4.66亿年前......

谦太祥和 发布于: 2019年9月20日 16时32分25秒 阅读388次

  撰文:Birger Schmitz(隆德大学核物理教授)

  4 亿多年前,地球上发生了一件神秘的事情,引发了地球生命史上最重要的一次变化之一。突然间,物种激增,无脊椎动物的生物多样性从一个非常低的水平上升到与我们今天所看到的类似水平。对这一“奥陶纪生物大辐射”的最流行解释是,它是因为地球的温度从高到低并最终进入冰河时代所导致的。

  但到底是什么触发了温度的变化呢?在一篇发表于《科学进展》杂志上的新论文中,我们从过去 20 亿年间的小行星带的解体记录中发现,其中规模最大的一次解体的时间恰好与温度变化发生的时间相符,那次解体是由另一颗小行星或彗星相撞造成的。即使在今天,地球上几乎三分之一的陨石都是由这颗宽 150 公里的小行星在木星和火星之间解体而来。

  在这次事件之后,大量的尘埃扩散到整个太阳系中。尘埃的阻挡作用可以在一定程度上阻隔了阳光照射到地球,从而导致了地球上气温的下降。我们知道,这与气候从大致均匀变成为分区的气候区域(从两极的极地环境到赤道的热带环境)有关。无脊椎动物所出现的高度多样性,包括绿藻、原始鱼类、头足类和珊瑚,都是为了适应新的气候。

  瑞典的海底

  我们的证据来自于对在瑞典南部的 Kinnekulle 山和俄罗斯圣彼得堡附近的 Lyna 河发现的奥陶纪(4.85 亿 - 4.43 亿年前)的海底沉积物的详细研究。在 Kinnekulle 的一个采石场,我们发现了 130 多块“化石陨石”,这些陨石都是在远古时期落在地球上的,它们已经嵌入了海底沉积物中,像动物化石一样被保存了下来。


化石陨石。图片来源:Birger Schmitz

  所有的这些陨石化石都具有相同的成分,这表明它们都是同一次撞击产生的碎片,但只有一颗直径达 20 厘米的陨石化石除外。事实上,这些相同的陨石与当时在小行星带中解体的大型小行星是由同一种物质构成的。而另一颗陨石则可能来自与那颗大型小行星发生了撞击的一个较小天体。

  我们已经知道,这次小行星碰撞发生在4. 66 亿年前。这可以通过对最近坠落的在奥陶纪解体的小行星进行同位素检测来确定年代。因此,采石场中的化石陨石必须代表的是在解体之后就被立即运送到了地球的物质。而且鉴于我们在海底发现的大量陨石,我们可以估算出当时陨石涌入地球的流量一定比现在高出几个数量级。

  但是我们要如何知道这次撞击事件产生了大量的尘埃从而降低了地球的温度呢?我们还研究了沉积岩中颗粒非常细的微米级尘埃的分布。我们可以通过探测沉积物中含有的氦和其他物质来确定它是否来自外太空,因为这些物质只能通过太阳风轰击尘埃来解释,使这些尘埃在抵达地球的途中元素变得更加丰富。  


三叶虫化石。图片来源:Fredrik Terfelt

  我们的研究结果清楚地表明,大量的细粒尘埃是在小行星解体之后不久就抵达了地球。地质记录显示,在这些尘埃到达后不久,全球海平面急剧下降——冰河时代开始了。这是因为海水被转移到了高纬度地区,在那些地方形成了大片的冰原。

  结果却完全出乎意料——在过去 25 年里,我们在理解这段时期中发生了什么方面倾向于非常不同的假设。例如,虽然我们怀疑大辐射事件与小行星的解体有某种联系,但我们认为,与这些变化有关的是在解体之后抵达地球的许多细小的小行星,而不是尘埃。直到我们进行了最后一次氦的测量,一切才被逐渐理解。

  气候研究的教训

  由于二氧化碳的排放,全球变暖仍在继续,而高纬度地区的气温上升幅度最大。根据政府间气候变化专门委员会的说法,我们正在接近一种让人回想起 4.66 亿年前小行星撞击地球之前的情形。显然,继续照这条路走下去对生物多样性是没有好处的。

  在过去十年左右的时间里,研究人员讨论了各种在发生重大气候性灾难时为地球人工降温的方法。其中一种解决方案就是将小行星像人造卫星那样,放置在环绕地球的轨道上,这样它们就能不断地释放出细微的尘埃,从而在一定程度上阻挡温暖的阳光。

  我们的研究结果首次表明,这种尘埃曾有效地使地球急剧降温过,这为人们将它视作一种可行的人工解决方案带来了希望。我们的研究可以为掌握这些事件是如何运作的提供一个更详细的、基于经验的理解,从而可以用它来创建和评估此类事件的计算机模型。

  但在可预见的未来,除了减少碳排放之外,似乎没有其他可用来应对气候变化的办法。最终,这是保护自 4.66 亿年前生物多样性的惊人增长的唯一途径。

  原文标题为“How we discovered that an asteroid collision in space 466m years ago boosted life on Earth”,于 2019 年 9 月 18 日首发于 The Conversation,原文链接:https://theconversation.com/how-we-discovered-that-an-asteroid-collision-in-space-466m-years-ago-boosted-life-on-earth-123639,中文内容仅供参考,一切内容以原文为准。

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