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解开三叠纪灭绝的谜团

  2016-03-09

两亿多年前三叠纪末期大量物种灭绝,造成恐龙主宰地球的时代。那个大灭绝巨变的肇因,依然未明,研究者努力在拼凑出历史的全貌。

欧尔森(Paul Olsen)与肯特(Dennis Kent)不断在迷宫般的小径里找路,反覆对照那天早上购买的军用测量地图,才终于找到地图未标示的小道,带领他们穿越森林,抵达英国威尔斯南部一处荒芜的海岸。

两人在一旁的泥地停车,雨滴开始落下,远处有雷声低鸣,两位地球科学家一面嘀咕抱怨着英国的天气,一面扛起帆布背包,走下湿滑的小路,准备迎接另一个湿冷的午后,继续寻找关于两亿年前的蛛丝马迹,探究为何多数地球生物灭绝,让恐龙接管世界。

人类已清楚知道恐龙当初如何灭绝,墨西哥犹加敦半岛奇克苏陆埔附近一处行星撞击遗迹里,便记录六千五百年前的巨大事件,那导致恐龙时代落幕,哺乳类时代崛起。

欧尔森与肯特均任职于美国哥伦比亚大学的拉蒙-朵荷第地球实验室,长期推测奇克苏陆埔的地球历史可能一再重演,假设在一亿三千五百万年前,可能有 另一颗小行星撞击地球,导致三叠纪后期多数动植物死亡,才让恐龙在之后的侏儸纪时期(距今两亿年前至一亿四千五百万年前)内,不断蔓延全球,发展出巨大的 身躯,主宰整个地球,直至下一次巨大撞击灾害发生。

三叠纪末期必然曾有大事发生,因为在短短几千年的时间,半数已知的生物都在化石记录中消失,两成的海中生物突然不见踪影,包括所有形貌如鳗的锥齿 类动物。陆栖生物绝迹情况更严重,那不仅是地球史上少见的大规模的灭绝事件,由于时代久远,人类所知也最为有限。欧尔森指出,“人类只知道在三叠纪与侏儸 纪之间,确曾发生大规模灭绝事件,无论起因为何,速度必然很快,造成大多数生物来不及适应与演化来回应变化”。

今日多数科学家主张,灭绝事件肇因于盘古大陆开始裂解,引发大量火山活动,连续爆发创造出巨大的“中大西洋岩浆省”,加拿大独立地质学家麦洪 (Gregory McHone)长期研究此事,企图建立具有公信力的模型,说明火山喷发确实导致三叠纪末期的物种灭绝事件,他表示,“当时火山活动规模是人类历史记录的数 千倍”。

冰岛拉奇火山于一七八三年爆发,形成洪流玄武岩,让科学家有机会试想三叠纪末期情况多么恶劣,火山喷出大量硫磺霾雾,让地球温度下降,大片谷物死 亡,人类饥荒严重,麦洪估计造成六百万人丧生。拉奇火山当年仅喷发出十五立方公里的玄武岩,而中大西洋岩浆省的喷发量高达二百万立方公里以上,且期间数次 停歇,大量硫磺霾雾、二氧化碳及甲烷令气温剧烈起伏,海水酸度因而提高,甚至缺氧;闪电大作引燃庞大火势,许多生物无法承受连接而来的变化。

欧尔森与肯特亦认同这项理论的可能性很高,不过这些理论仍未能回答诸多问题,包括为何灭绝现象如此突然,三叠纪末期火山爆发长达数十万年,但依据化石记录,诸多生物似乎是忽然灭绝;蕨类增生又该做何解释?美国东岸三叠纪后期沉积物内,留有大批蕨类孢子化石。

肯特表示,在天灾之后,蕨类通常最先出现,“至少在美国境内,若分析化石记录,约莫在物种大量灭绝之时、洪流玄武岩喷发之前,蕨类数量就突然大增”,至于在世界其他地区的资料中,灭绝现象与最早期玄武岩层重合,年代相隔仅在误差范围内。

肯特指出,“若要解开这个谜团,唯一方式只有尽可能制作精细时间表,收罗全球各地事件的顺序”,欧尔森与肯特为此踏遍全球,包括美国、加拿大、中国、德国、义大利、奥地利、摩洛哥,接着抵达英国威尔斯。

二十多年来,欧尔森都在思索三叠纪末期生物灭绝的原因,但小行星撞击理论的一大缺点在于,直到近期为止,从没有人发现在大绝灭那段时间有灾难撞击 的证据。去年法国与德国合组的研究团队,前往法国西部罗舍舒亚地区,重新判定当地行星撞击遗址的年份,过去估计应发生在距今二亿一千四百万年前,但修正后 为一亿九千九百年前年至二亿三百万年前,与估计二亿一百四十万年前的三叠纪物种灭绝时期有重合。

论文作者亦指出,宽达二公里的小行星撞击地球,秒速超过二十五公里,造成巨大震波,或许能解释英国西部的三叠纪末期石灰岩及页岩上,为何出现不明波纹,这些沉积物年份亦与物种大规模灭绝时间相仿,欧尔森表示,“耳闻此事后,我就认为该到现场仔细观察”。

欧尔森也在威尔斯一步步重建三叠纪世界的样貌,例如猴尾蜥头部像鸟、手臂很长、尾巴有握力,或是貌似鳄鱼的生物爬行时如狗,又或是热带浅海里满是鲨鱼,后来全都突然消失。

欧尔森对这段历史的兴趣源于一九六八年,当时他年仅十四岁,居住于美国纽泽西州,听说附近采石场发现恐龙足迹,便和同学骑着单车前往,发现四处散落着化石。

进入中学二年级,他们已收集到数千件爬虫类化石与足迹,横跨三叠纪晚期至侏儸纪早期,因为热爱研究化石,当得知采石场即将出售,改建为住宅区,这两名青少年还发起社会运动反对。

两人不久后接到《生活》杂志电话采访,亦吸引全国目光,欧尔森甚至将令人生畏的三趾恐龙足迹制成模型,寄给时任美国总统的尼克森(Richard Nixon)。

这些大胆行径使他名声大噪,最后保住了砂石场,足迹模型至今也留存在尼克森总统图书馆中。

欧尔森与肯特如今前往英国威尔斯,也同样不脱当年的学生气息,两人会在十字路口争论方向,到超市买塑胶袋装石块样本,使用自行改造、装电池的钻头采取重要地层样本,甚至因为回到民宿时满脚泥泞,遭到女主人怒斥。

两位科学家在威尔斯不畏雷雨,直接着手工作,欧尔森走到悬崖底部,指着及腰的石灰岩层表示,“这里就是生物灭绝的界线”,寻常民众根本看不出端 倪,只不过是另一条石灰岩层,不时有紫色小花点缀,但若仔细检视,就会看到填满砂子的裂痕,以及各种形状不规则的沉淀物,可能是海啸或大地震所致。

欧尔森指出,英国各地三叠纪晚期地层都有个共通的倾斜角度,仿佛源头是来自法国罗舍舒亚。

罗舍舒亚陨石坑形成那天,附近区域必然深受震撼,研究人员估计,当时地震规模最高达十一点五,是人类历史最大地震的百倍。

伦敦帝国学院地球科学家科林斯(Gareth Collins)估计,当时地震是很剧烈,但规模可能没那么大,他和美国普渡大学研究人员研发一套网路计算程式,模拟行星撞击的效应,估算出相当于一兆吨 黄色炸药的撞击力道后,威尔斯地区会发生什么情况,纵然罗舍舒亚与威尔斯相距六百公里以上,当地也会遭遇如飓风等级的强风及大量落石。

那些落石或许带有当时的化学特征,并且留存在沉积层内,英国牛津大学的赫塞波(Stratigrapher Stephen Hesselbo)与阿默尔(Ken Amor)此次也前往威尔斯,与欧尔森及肯特一同采集样本,以大型光谱仪进行分析,会测量铬同位素,并寻找陨石特有的化学元素。欧尔森会把样本送至另一座 实验室,搜寻其他能证明陨石撞击的迹证。

若能在威尔斯及其他地区的三叠纪末期岩层内,侦测到来自外太空的化学元素,将是首次确切证明了陨石撞击与物种灭绝的关联。但两者时间纵然有巧合,也无法证明陨石撞击即为物种灭绝起因,欧尔森表示,“也许两件事同时出现,彼此却没有因果关系”。

况且单凭罗舍舒亚陨石坑当初的撞击力道,恐怕也不足以造成全球生物大量灭绝,这个宽度二十五公里的陨石坑,原本也许有四十至五十公里,但相较于墨 西哥奇克苏陆埔一处宽一百八十公里的陨石坑,只是小巫见大巫,科林斯指出,“据我们估计,罗舍舒亚对全球环境影响程度其实很小”。

欧尔森表示,目前要确切判断罗舍舒亚陨石撞击事件对地球的影响层面,尚且言之过早,还需要自世界各地收集更多三叠纪末期遗址的资料。光是今年,他 已跨海三次,前往英国及摩洛哥收集样本,不只寻找沉积层里的星际撞击迹证,还要搜寻其他迹象,例如其他化学元素,能够串连物种灭绝与中大西洋岩浆省之间的 关系。欧尔森指出,这些资料都将帮助研究团队,辨别世界各地事件的相对时序,重建历史经过与生物反应的全貌。

他认为在历史洪流之中,罗舍舒亚或许只是“其中一个碎片”,或许当时前后另有多颗陨石撞击,但罗舍舒亚是连续火山爆发后,压垮生物圈最后一根稻草;但也可能先发生陨石撞击事件,重挫生态系统后,继而发生火山爆发,生物锐减。

在威尔斯湿冷天气完成一天工作后,欧尔森表示,要找到解答仍需时间,“一切没有捷径,但我相信人类终能拼凑出图像,了解远古时间发生的事件与原因”。

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