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仰观苍穹知天文,俯察众生闹凡尘;细推物理须行乐,何用浮名绊此身!

 
 
 

日志

 
 

谁导致恐龙灭绝?—《中国国家天文》2011年第1期  

2011-04-22 10:29:18|  分类: 基础知识 |  标签: |举报 |字号 订阅

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谁导致恐龙灭绝?—《中国国家天文》 - 常大天文社 - 常州大学天文社

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科学家们一般认为,6500万年前恐龙灭绝的原因是一颗直径大约10~15公里的小天体撞击地球,引起了巨大的海啸和全球大火,大地被淹没,森林被烧毁,烟尘遮天蔽日终年不散,植物因无法进行光合作用而枯死,动物则因得不到食物而大量灭绝,当时地球的主宰者——恐龙也就在这场灾难中永远地告别了地球。

位于墨西哥境内的奇科苏卢布(Chicxulub)陨石坑,被认为是一个类似小行星的天体撞击地球的遗迹,多年来一直被科学家们视为支持恐龙灭绝“外来天体撞击”假说的确凿证据。墨西哥国家石油公司(PEMEX)在50年代进行石油勘探时首次发现了这个大坑,该公司的地质学家们发现那里的地心引力和磁力不规则,于是就对墨西哥湾进行了更深的钻探。可是PEMEX公司并没有发现石油,但他们在60年代和70年代还是进行了多次钻探,而且钻得很深。通过对岩芯进行的检查,地质学家们发现了一种非同寻常的结构,后来经过11年的研究,最后他们把尤卡坦半岛的地心引力不规则现象归因于一次碰撞事件。从那时起,人们开始相信太空中一个巨大的天体曾经撞向了尤卡坦半岛,并在那里留下了一个巨大的陨石坑,成千上万公里的地球外壳蒸发、熔化或者被弹射出去,形成了一个大火球,横扫整个世界……

2005年,墨西哥、美国、德国和法国的科学家组成的一个科研小组进入墨西哥尤卡坦半岛附近海域,研究表明,那次撞击的中心位于尤卡坦半岛在加勒比海的海岸线上,强大的撞击力使那里的岩石变得松动。后来岩石被石灰沉淀物覆盖,比较容易腐蚀的石灰勾勒出陨石坑的边线。那次大碰撞的威力相当于1亿兆吨TNT炸药爆炸。

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  墨西哥尤卡坦半岛3D卫星图片,图中清晰可见陨坑的边线  

这种说法还有很多佐证,那就是地球上的陨石坑很多,最明显的陨石坑莫过于美国亚利桑那洲文斯洛(Winslow)附近的巴林杰(Barringer)陨石坑,巴林杰陨石坑直径1265米,深174米,它似乎就是较小流星撞击的实例之一。科学家通过测算,它是由5万年前一颗直径约为30~50m、重达30万吨的铁质流星体,以每秒25公里的高速冲进地球大气层撞击地面所形成,巴林杰陨石坑亦被称为“全世界第一个被科学家确认的陨石坑”。

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美国亚利桑那州巴林杰陨石坑俯瞰 

还有就是1908年6月30日上午7时17分(UTC 0时17分)在俄罗斯西伯利亚埃文基自治区发生的一次大爆炸。此次爆炸发生在通古斯河附近,贝加尔湖西北方800公里处,北纬60.55度,东经101.57度,估计当时的爆炸威力相当于10~15百万吨TNT炸药,超过2150平方公里内的6000万棵树被焚毁而倒下,人们通常称为此次事件为“通古斯大爆炸”。

由于当时俄国的沙皇统治正处在风雨飘摇之中,无力对此组织调查。十月革命后,俄罗斯科学院的矿物学家库利克(Leonid Kulik)用陨石上的铁可能用于解救苏联的工业为由,说服苏联政府对科学调查队给予资金,苏维埃政权于是在1921年派遣由库利克率领的考察队前往通古斯地区进行考察。

库利克的调查队在1927年才找到爆炸地点。让他们惊讶的是,并没有发现什么陨石坑,而被烧焦枯死的树木却横跨了大约50公里,少数靠近爆炸中心的树没有倾倒,但它们的树枝和树皮则被脱去,倾倒的树则是向爆炸中心相反的方向倾倒。

多年来,有关通古斯大爆炸的原因说法不一,从1927年开始寻找陨石碎片以来,人们不断提出各种假说,试图揭示通古斯大爆炸的原因,其中就包括“陨石撞击说”。

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  库利克(Leonid Kulik,1883.8.19-1942.4.24) 列宁(Vladimir Ilich Lenin 1870.4.22-1924.1.21)

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  俄罗斯科学院矿物学家库利克1927年拍摄的通古斯大爆炸后的森林 

1994年7月的苏梅克-列维9号(Shoemaker-Levy 9,SL9)彗星撞击木星事件是上世纪人们首次观测到的太阳系天体撞击事件,给人以很深的印象。SL9彗星由于受到木星强大的引力作用,被撕裂成20多块碎片,科学家们通过测算,其中一个碎片的威力就达六百万吨TNT炸药(其当量相当于全球核武器储备总合的750倍),所造成的疤痕比地球直径还要长。可以想象,这样的彗星碎片如果撞击到地球那会是什么结局了。在地球上的人们认识到天体撞击威力巨大的同时,也想到了应该感谢木星,因为正是木星的强大引力作用,才“吸掉”了太阳系内的不少彗星和小行星,才使我们地球被撞击的几率很小很小。也就是说,木星在太阳系内扮演着“太空吸尘器”的角色,如果没有了木星这台“太空吸尘器”,太阳系内的小天体撞击地球的几率会大大增加,就会使得地球上出现生物灭绝的次数增加,地球果真达到如此环境,或许就难以孕育出复杂的生命了。

地球上生物灭绝的原因真的是因为小天体撞击吗?

2005年3月10日的《自然》杂志发表了由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(简称伯克利实验室)和加州大学伯克利分校物理系的理查德·穆勒和罗伯特·罗德的一篇文章《化石多样性的周期》(Cycles in fossil diversity),他们通过对芝加哥大学古生物学家杰克·赛普考斯基编译的一份详尽的数据库《海洋动物化石类属纲要》(Compendium of Fossil Marine Animal Genera)的研究发现,生物多样性似乎存在一个6200万年的神秘的涨落周期。

 

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  物理学家理查德·穆勒(左)和罗伯特·罗德(右)通过对过去5.42亿年海洋动物化石分析,

发现有一个神秘的6200万年的生物多样性兴衰周期。 

赛普考斯基的数据库是进行生物多样性和物种灭绝研究最为完备的参考资料,因为它包括过去5亿年来显生宙时期岩石中留下的多细胞生物的化石记录,在生物分类学上为“种”以上的“属”水平,因为“属”分类比“种”分类更易于管理而且改动较少,包括海洋生物化石,因为海洋生物化石记录比陆地化石记录更长而且可以得到更好的保护。在进行此项研究中,穆勒和罗德运用国际地层学委员会2004时标,得到了36,380个“属”的历史时间序列。2003年11月他们首次发现了6,200万年的生物多样性的周期,随后他们又花了一年时间继续对其研究,尝试着要么推翻此项结论,要么就解释清楚为什么会有这样的周期。

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 这个有4亿年的古老三叶虫海洋化石是研究生物多样性最好的工具,

因为它们比陆地化石能更久更好地被保存下来。(图片由牛津大学提供) 

穆勒认为,在6,200万年周期之后有一个天体物理上的驱动机制。他说:“当太阳系穿过分子云、银河旋臂或其它具有强大引力的结构时,这种周期性的路径干扰了来自奥尔特星云的彗星,但是并没有证据表明有这种结构的存在。”

而罗德更倾向于地球物理上的驱动机制,可能是大量“羽流”上升到地球表面引起大量火山喷发,所谓“羽流”是指靠近地心的热物质的上涌。罗德说:“当这些羽流到达地球表面就会形成一大片洪水般的火山爆发。如此的火山活动当然会引起物种的灭绝,但是,现在还没有足够的地质上的证据来获知是否洪水般的玄武岩或羽流以一定的频率再次发生。”

穆勒和罗德还发现,如果仅仅考虑短暂类物种(指那些存在不到4500万年的物种),化石多样性的周期是最明显的。他们也发现,一些生物似乎不受周期的影响,而另一些则特别敏感。例如,珊瑚、海绵动物、节肢动物和三叶虫遵循这一周期,但鱼、鱿鱼和蜗牛则不遵循这一周期。一般来说,长久类物种更加多样化和分布更广泛,不受6200万年周期的影响。

另外,穆勒和罗德还发现在5.42年化石纪录中有4个不太明显的1.4亿年的多样性周期。果真如此,1.4亿年的化石多样性周期就可能与1.4亿年的冰河时代周期联系在一起。

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对于寿命少于4500万年的短暂类物种来说,6200万年的生物多样性周期是最明显的,然而至今却无法解释这一周期。  

就在穆勒和罗德继续为这两个周期的数据进行检验,并为找到合理的解释而进行研究时,堪萨斯大学的天文学家阿德里安·梅洛特(Adrian L. Melott)和米哈伊尔·梅德维捷夫(Mikhail V. Medvedev)在2007年8月的美国《天体物理杂志》发表了一篇题为《是河外星系的宇宙射线导致了化石多样性的周期吗?》(Do extragalactic cosmic rays induce cycles in fossil diversity?)的文章,他们的研究表明,地球上生物的兴衰可能是受到了地球外因素的影响。

他们认为,所有的星体并不总是处于一个恒定不变的位置上,而是在围绕着某个中心(例如星系中心)不停地旋转。在运动过程中,这些天体可能会穿越某些条件非常恶劣、辐射极强的区域。我们的太阳系也在不停的沿着特定的轨道在银河系中运动,随着位置的改变,其面临的条件也会发生变化,进而会对地球造成影响。太阳系围绕银河系的中心旋转的运动周期大约为6400万年,也就是说,与地球上生物繁盛与衰落的周期大体相当。由于银河系受到5000万光年外室女座星系团的引力作用,这些天体在运动的过程中难以避免地会相互靠近,而这将导致强烈的引力错乱。这样一来,行星运行的轨道便有可能发生变化。星系间的周期性相互靠近和引力偏差对地球也产生了影响,这种影响不但提升了辐射水平,而且还使某颗行星靠近地球并对全球气候产生了显著影响,正是这一点导致了生物的大量灭绝。

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由于受到室女座星系团的引力作用,使得银河系向室女座方向以大约每秒200公里的速度运动,银河系磁场和宇宙射线的相互作用,形成了这样的“星系冕层”示意图。又由于银河系本身的不对称,使得银河系的北侧(室女座星系团靠近北银极)较南侧要遭受更多的宇宙线辐射。 

那么,生物的灭绝原因到底是什么?或许我们不能有十分的把握让人相信到底是什么原因引起的,但正是由于各种新观点和新发现才使科学不断向前发展。

2010年5月在南京举行的“中外大学校长论坛”上,耶鲁大学校长理查德·莱文在演讲中谈到中国的大学教育时说到:“中国的大学生是被动的倾听者、接受者,他们一般不会挑战教授和彼此的观点,把注意力放在对于知识要点的掌握上,而不是去开发独立和批判性思维的能力。”

是的,地球上生物的灭绝究竟是由于小天体的撞击还是由于太阳系周期性运动引起的宇宙射线辐射的周期性变化引起的,这个问题本身或许并不重要,重要的是我们有没有批判性的思维,有没有创新的思想。

  

2010年10月12日

(中国国家天文稿件)

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