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恐龙是如何灭绝的?

2016-04-30  赢下这场...
对这个问题,可能大多数人的回答都是6500万年前掉在墨西哥尤卡坦半岛的那颗陨石。事实上,造那颗陨石只是压垮骆驼的最后一根稻草。在陨石到来之前,灭绝事件就已经开始了。在地球生命进化史上,这是一个屋漏偏遭连夜雨,船破又遇顶头风的时刻。大灭绝的杀伤范围也远不止恐龙。

这次灭绝被古生物学家称为“白垩纪-古近纪灭绝事件”。
注:恐龙灭绝的原因目前仍然处于假说阶段。这里要讲述的是多数古生物学家赞同的观点。
图片来自New Details About Dinosaur Extinction Event

1. 灭绝事件

这次灭绝事件从生态环境的破坏开始,对食物链进行了自下而上的打击,最终席卷了生物圈的多数物种,包括微生物,海生无脊椎动物,鱼类,陆生无脊椎动物,陆地植物,两栖动物,恐龙,翼龙,鳄鱼及其他爬行动物,鸟类和哺乳动物。

  • 在陆地动物中,主龙类的动物损失尤为惨重。除了半数鳄鱼物种,恐龙和翼龙目下的物种全军覆灭。
  • 哺乳动物往往被看做这次灭绝事件中的最大获益者,其实也是损失惨重。三角兽属和许多有袋类动物都遭到灭绝。所以,哺乳动物在大灭绝事件后并没有马上获得爆炸性的发展。
  • 鸟类中,除了新鸟亚纲外,其他物种全部灭绝。新鸟亚纲的鸟类生存能力比较强。许多鸟会潜水,游泳,筑巢和寻找避难所,所以得以在灾变中幸存。新鸟亚纲在灭绝事件后迅速占领了恐龙留下的位置。
  • 鱼类受到的影响也不大,除了硬骨鱼类,其他物种大多逃过了灭绝。
  • 海洋中的微生物常被人忽视,实际上在白垩纪生物圈中是重要的一环。白垩纪这个名字来自地层中有大量的白垩,而白垩的来源就是死亡的含有大量钙质的微生物。由于微生物的大量灭绝,古近纪的地层中就再也没有这么多白垩了。这造成了两个底层的明显分界线。
  • 海生无脊椎动物中,主要是栖息在近海浅水的物种灭绝较多。
  • 两栖动物适应环境的能力很强,受到的影响不大。

2. 陨石撞击

1980年,曾或诺贝尔物理学奖的物理学家路易斯·阿尔瓦雷茨和儿子地质学家沃尔特·阿尔瓦雷茨(下面这两位)发现全世界多出白垩纪到古近纪底层的边界上铱的含量远高于普通地壳20倍到160倍。图片来自Luis Walter Alvarez

铱在地球中并不少见,但在地球形成的过程中多数都沉入了地核,所以在地壳中含量十分稀少。但铱在太空中的小行星里却十分常见。所以他们推断在白垩纪和古近纪交替的时候,有一颗小行星撞击了地球 。
图片来自Cretaceous 图中的白色粘土岩中的铱含量超过上下岩层1000倍

不久,陨石撞击的更多证据陆续发现。比如在白垩纪和古近纪地层交界处,人们找到了很多冲击石英(如下图)。这种内部结构变形的矿石需要巨大的压力(比如核武器爆炸或陨石撞击)才能形成。接着,一个位于墨西哥尤卡坦半岛的直径180公里巨大陨石坑被找到。这个已经被海水淹没的陨石坑和预测的陨石撞击完全吻合。至此,白垩纪末期发生陨石撞击假说得到了证实。
图片来自Elements

此外,在全世界的白垩纪和古近纪地层交界处,古生物学家都发现了一层燃烧产生的炭灰。这意味着全球性的森林大火。

让我们来想象一下陨石降临那一天发生了什么事情。当那颗直径约10公里的陨石掉进大海的时候,巨大的热量把周围的一切都气化了。地壳中的岩石被熔化然后大量抛向空中。冲击波和带着100米巨浪的海啸迅速杀死了距离陨石1000公里内的所有动植物。熔岩碎块冲出了大气层,环绕地球运行然后回到大气层。几个小时以后,它们造成了覆盖了整个地球的火雨风暴。整个地球表面都成了烈火炼狱。烈火燃烧掉了全球的植被,同时杀死了无处躲避的动物。这时候,地球上70%的生物已经死亡了。

幸存下来的生物面临一连串严峻的考验。首先是6到8个月的黑夜。大量的灰尘直冲云霄,进入平流层,蔓延覆盖 全球,并遮住了阳光。依赖光合作用的植物陆续死亡。其次是酸雨。尤卡坦半岛是一个十分糟糕的陨石着陆点,因为这里的地层中含有大量的硫。陨石的冲击产生了大量二氧化硫,在全球范围内造成了持续的酸雨,又一次造成了残余的植物大量死亡。食物链彻底崩溃了。食草动物和食肉动物陆续遭到了灭顶之灾。

最后的打击是全球变暖。陨石同时也释放出了地层中大量的二氧化碳。在冬天过去之后,开始了强烈的温室效应,让气温很快升高了20度。这一次的全球变暖持续了数百年。它的后果是生态圈的完全崩溃。地球上的多数地方成为了荒漠。到了这个时候,恐龙,已经完全灭绝了。
图片来自Dinosaurs died from climate change?-Extinction of the Dinosaurs-Shandong Zhucheng Dinosaur Nati

3. 火山活动

陨石为大灭绝事件提供了一个十分方便的解释。然而,人们渐渐认识到,大灭绝的真相比一颗陨石更复杂。在那个恐龙的末日,更多的灾难正在上演。从海洋生物化石和土壤成分的变化,我们知道在陨石到来之前,气候变化就已经开始了。它的罪魁祸首是有史以来最大的火山。地质学家认为,火山活动在陨石撞击的100万年前就开始了,并且在陨石撞击后数十万年持续活跃。
图片来自Princeton University

这个火山位于今天的印度。图中的棕色区域就是当年的火山范围,它的面积相当于整个法国。今天,这个地区留下了一个巨大的火成岩地貌。我们把这里叫做德干地盾。
图片来自Deccan Traps

火山产生的大量烟尘停留在大气层中,遮蔽了阳光,造成全球温度下降。海洋微生物的灭绝和这一原因直接有关。

我们知道恐龙于今天的爬行动物不一样,它们不是冷血动物,但是它们同样也不是哺乳动物一样的温血动物。它们应付低温的能力应该不如哺乳动物,所以5-7度的温度下降可以对它们构成一定的威胁。同时,气温下降对植物也有影响。植被的衰退缩小了草食恐龙的食物来源;草食恐龙的减少又缩小了肉食恐龙的食物来源。食物链的破坏可以触发很多恐龙物种的灭绝进程。


4. 海平面下降


这个时期发生的另一个事件是海平面下降。直接原因是海底裂谷进入沉寂期,大洋地壳随之停止活动,缓缓向地幔中下沉,上面的海水也随之下沉。从陆地上看,海岸线后退。在10万年内,许多原来是海洋的地方就变成了陆地。

海洋后退对海洋和陆地的生物都有影响。一方面,陆地环境发生了巨大的变化,比如原来湿润的地区变得干燥,降水减少,湖泊干涸,森林枯萎,动物死亡。这就意味着很多陆地物种的灭绝。另一方面,栖息在近海的生物,像珊瑚,毫无意外的灭绝了。同时,海洋的深度,温度,含氧量都发生了巨大变化,造成了海水中浮游植物的大量死亡。而浮游植物是海洋食物链的底层,它的破坏对整个海洋食物链产生了多米诺骨牌效应。可以想象,最终大型的海洋爬行动物,如沧龙,难逃灭绝的命运。

图片来自历数海洋中的霸主:邓氏鱼和蛇颈龙(组图)

所以,白垩纪-古近纪大灭绝事件的原因是多方面的。 在陨石撞击之前,很多白垩纪的物种已经灭绝了。我们不妨想象一下,如果没有陨石撞击,恐龙是否会依然全部灭绝呢?如果有部分恐龙幸存下来,今天的世界又会是甚么样子呢?

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