雖然這個(gè)故事是人們耳熟能詳?shù)?，但在那次?zāi)難中究竟發(fā)生了什么仍然需要我們搞明白。在巨大的小行星墜入尤卡坦半島之前，許多物種似乎都陷入了麻煩，也許部分原因是由于長(zhǎng)期以來印度發(fā)生的大規(guī)?；鹕奖l(fā)。這導(dǎo)致有些人質(zhì)疑，小行星撞擊的影響是否像科學(xué)家們所描述的那樣致命。但我們也在細(xì)節(jié)上填補(bǔ)小行星撞擊對(duì)地球造成的影響，其中包括令人震驚的海嘯、肆虐的野火以及令人震驚的氣候效應(yīng)。那么這種影響有多致命呢?
不久前的日全食曾導(dǎo)致美國(guó)許多地區(qū)陷入長(zhǎng)達(dá)2分鐘的黑暗之中，由此引發(fā)許多怪誕的推測(cè)。但最近有研究顯示，與大約6550萬年前導(dǎo)致恐龍滅絕的小行星撞地球形成的漫長(zhǎng)黑暗時(shí)代相比，這無異于“小巫見大巫”。研究人員說，當(dāng)這顆10公里寬的小行星撞擊地球時(shí)，地球陷入了持續(xù)了近兩年“暗無天日”的狀態(tài)。
在某種程度上，這種黑暗是由全球野火產(chǎn)生的大量煙灰遮住陽光導(dǎo)致的。沒有陽光照射，地球上的植物就無法進(jìn)行光合作用，地球也會(huì)急劇降溫。根據(jù)這項(xiàng)研究，這兩個(gè)關(guān)鍵因素可能會(huì)顛覆全球食物鏈，并導(dǎo)致恐龍時(shí)代末期的大規(guī)模滅絕事件。研究人員表示，這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能有助于科學(xué)家理解：為什么在小行星撞到現(xiàn)在的墨西哥尤卡坦半島后，超過75%的物種滅絕了，包括非鳥類恐龍（比如霸王龍）以及大型海洋爬行動(dòng)物（如蛇頸龍）。
殺手小行星
研究人員稱，當(dāng)太空巖石撞擊地球時(shí)，可能會(huì)引發(fā)地震、海嘯甚至火山爆發(fā)。這顆小行星以如此大的力量撞上地球，促使其巖石在大氣層中汽化。在那里，蒸發(fā)的巖石會(huì)凝結(jié)成小顆粒，它們被稱為球粒。當(dāng)球粒重回到地球上時(shí)，它們與空氣分子相撞，摩擦和加熱促使其足以達(dá)到在世界各地點(diǎn)燃火焰的溫度。研究人員說，事實(shí)上，在地質(zhì)記錄中仍然可以發(fā)現(xiàn)一層薄薄的球粒。
這項(xiàng)研究的首席研究員、美國(guó)國(guó)家大氣研究中心(NCAR)項(xiàng)目科學(xué)家查爾斯·巴丁（Charles Bardeen）表示，大多數(shù)大型中生代陸地動(dòng)物都死于小行星直接撞擊導(dǎo)致的后果，但生活在海洋或地下洞穴或水下的動(dòng)物暫時(shí)可能幸存了下來。他說：“我們的研究主要針對(duì)小行星撞擊地球引發(fā)的初步影響之后，即地震、海嘯以及火山噴發(fā)之后。我們想看看大量煙灰產(chǎn)生的長(zhǎng)期后果，以及這些后果對(duì)那些幸存動(dòng)物的影響。”
地球沒有光合作用
巴丁表示，盡管研究人員在20世紀(jì)70年代末發(fā)現(xiàn)了這顆小行星的證據(jù)，但在太空巖石撞擊地球后，地球在黑暗中被籠罩了多長(zhǎng)時(shí)間仍然沒有達(dá)成“普遍共識(shí)”。巴丁和同事們使用了最新地質(zhì)記錄中精細(xì)煙灰的估計(jì)值——即7500億公斤到35萬億公斤之間。然后，研究人員根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了幾次不同的模擬。他們將數(shù)字插入到基于NCAR的社區(qū)地球系統(tǒng)模型(CESM)中，這是一種現(xiàn)代化學(xué)-氣候模型，涵蓋與大氣、陸地、海洋和海冰相關(guān)的各種因素。這個(gè)模型使科學(xué)家能夠模擬小行星撞擊后數(shù)年煙灰產(chǎn)生的影響。
巴丁在電子郵件中稱：“不同的研究已經(jīng)假定了各種類型的粒子，包括灰塵、硫酸鹽和煙灰。所有這些粒子都能阻擋足夠的陽光，導(dǎo)致地面溫度下降。與此同時(shí)，煙灰能夠強(qiáng)烈吸收陽光熱量，加熱平流層，并將到達(dá)地表的陽光降低到非常低的水平。”
模擬結(jié)果顯示，大部分的煙灰在1內(nèi)都會(huì)從大氣中脫落，但仍有足夠的煙灰留在空氣中，在接近2年的時(shí)間里阻擋了99%的太陽光線，兩極煙灰清除的速度最快。而海洋中的光合作用在陽光照射達(dá)到1%時(shí)就會(huì)結(jié)束，因此研究人員將這個(gè)數(shù)據(jù)作為植物生命的門檻。
新的研究結(jié)果表明，煙灰對(duì)地球造成了災(zāi)難性的影響。巴丁說:“我們的研究表明，在長(zhǎng)達(dá)兩年的時(shí)間里，陷入黑暗的地球足以使光合作用停止。這將產(chǎn)生毀滅性影響，尤其是在海洋中，因?yàn)楹Ｑ笠蕾囉诟∮沃参镒鳛槭澄锏闹饕獊碓矗ジ∮沃参飳?duì)整個(gè)食物鏈來說將是災(zāi)難性的。”研究人員還發(fā)現(xiàn)，即使煙灰的含量達(dá)到了這個(gè)估計(jì)值的1/3，光合作用仍會(huì)停止一年。
其他的災(zāi)難性影響
除了停止光合作用外，這種遍布全球的煙灰還會(huì)阻止太陽的大部分熱量到達(dá)地球。研究人員發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)歷了撞擊三年后，陸地和海洋的溫度將分別下降28攝氏度和11攝氏度。在最初的幾年里，地球上的大部分陸地溫度都在零度以下，只有部分海岸和熱帶地區(qū)才會(huì)脫離霜凍。相比之下，被稱為平流層的上層大氣會(huì)變暖，因?yàn)槟鞘菬熁伊鲃?dòng)的地方，它吸收了太陽大部分熱量。
這些炙熱的溫度將耗盡臭氧，并允許大量水蒸氣在平流層盤旋。研究人員稱，當(dāng)水蒸氣在平流層發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生氫化合物，從而進(jìn)一步破壞臭氧層。而隨著臭氧消失，煙灰消散，有害的紫外線會(huì)直接射入地球內(nèi)部，對(duì)地球生命造成危害。
圖：模擬結(jié)果顯示，在小行星撞擊地球的第二、第三以及第四年內(nèi)，陽光照射到地球表面(顏色)的百分比。注意，模擬中使用了現(xiàn)代地球?yàn)槟０澹?600萬年前，情況會(huì)有所不同。
巴丁認(rèn)為，由于地面很冷，而煙灰又會(huì)加熱周圍空氣，這會(huì)大大減緩水的循環(huán)，使全球降水量減少3/4，持續(xù)時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)6年。甚至連季風(fēng)也會(huì)停止。地球成為黑暗、冰凍、荒蕪的世界。只有極少數(shù)地方足夠明亮、足夠溫暖、足夠濕潤(rùn)，足以讓植物繼續(xù)生存。
對(duì)于那些設(shè)法在這種荒蕪環(huán)境中生存的生物，必要的生存條件實(shí)際上可以很快恢復(fù)正常。在平流層中，煙灰的含量不斷下降，當(dāng)達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，它們很快就會(huì)被清理掉。巴丁說，當(dāng)平流層最終冷卻下來的時(shí)候，那里的水汽會(huì)凝結(jié)，并開始下雨，突然把煙灰全部洗掉。隨著煙灰消散，那里的空氣會(huì)變冷，進(jìn)而導(dǎo)致水蒸氣凝結(jié)成冰顆粒，這些顆粒會(huì)沖走更多的煙灰。研究人員發(fā)現(xiàn)，一旦這個(gè)冷卻周期重復(fù)多次，薄煙灰層在幾個(gè)月內(nèi)就會(huì)消失。
在模擬中，這個(gè)過程會(huì)發(fā)生行星撞地球7年之后，陽光和大部分降水會(huì)恢復(fù)。此時(shí)，地表溫度僅比最初低5攝氏度，在接下來的10年里也能恢復(fù)正常。
巴丁對(duì)他的朋友貝蒂·皮拉佐（Betty Pierazzo）大加贊揚(yáng)，后者是亞利桑那州圖森市非營(yíng)利性機(jī)構(gòu)“行星科學(xué)研究所”的資深科學(xué)家，他曾獲得NASA的資助，為這項(xiàng)研究提供了早期研究證據(jù)。不幸的是，皮拉佐在白堊紀(jì)末期小行星撞擊研究開始之前就去世了。
巴丁還指出很多限制研究的因素，包括模型是基于現(xiàn)代地球建立的，而在白堊紀(jì)末期，地球的各個(gè)大陸都處于不同的位置，而且地球上也有不同的大氣性質(zhì)，例如各類氣體的濃度有所差異。小行星撞擊本身也會(huì)產(chǎn)生大量的硫酸鹽氣溶膠，它們會(huì)散射足夠的陽光導(dǎo)致氣候變冷，但不會(huì)像煙灰那樣把太陽遮住。大量的二氧化碳也會(huì)被添加到大氣中，在短期冰凍結(jié)束后，在長(zhǎng)期變暖的過程中，大氣中會(huì)釋放大量的二氧化碳。
這些東西如何與煙灰效應(yīng)相結(jié)合呢?目前還不清楚，但有趣的是，煙灰的場(chǎng)景似乎已經(jīng)夠糟糕了，因?yàn)樗旧硪呀?jīng)引發(fā)物種大滅絕。很難想象它如何會(huì)變得更糟！
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