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url:http://m.gmw.cn/2018-06/11/content_29225720.htm,id:29225720 作者简介 沈建林 新疆油田公司教授级高级工程师，现年63岁，已退休。 因多年来一直关注陨石坑地质学的研究进展，2018年4月专程前往参观了巴林杰陨石坑，了却心中多年愿望。为此将历年收集的资料进行整理而成就本文，期望能有助于相关知识的普及。 2018年5月22日于新疆克拉玛依 小行星撞击与生物大灭绝 K-T界线 恐龙于白垩纪末期突然灭绝已是人所共知的常识，然而其灭绝原因多年来却是众说纷纭。白垩系地层中存在恐龙化石，其上的第三系（已被重新命名并划分为古近系和新近系）地层中则无恐龙化石。二者之间的分界称为K-T界线（或称K-Pg界线，其中K代表白垩系，Pg代表古近系）。 铱含量异常 粘土层 20世纪70年代中期，美国地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯（Walter Alvarez）在意大利古比奥研究地层剖面时，发现K-T界线（图1）上有一层厚约1厘米的不含化石的黏土层，横向分布非常稳定。黏土层上下的石灰岩中的有孔虫化石种类和数量有着很大的不同。 铱含量异常 沃尔特的父亲是一位获得过诺贝尔奖的物理学家，指导他对这一黏土层的样品进行了铱元素的含量测定。1978年6月，测定结果出来，结论是样品中铱含量异常，比正常值高出30倍。之后又有丹麦、西班牙、新西兰、北美等地相同层位的样品经测定发现铱异常，数值甚至高于正常值上百倍。
图1 沃尔特·阿尔瓦雷斯父子在意大利古比奥K-T界线留影 关于铱异常与小行星撞击地球的因果 铱属于重金属，密度为22.42克/立方厘米，相比而言，铁的密度仅为7.87克/立方厘米。从理论上讲，地球整体的平均铱含量与陨石的平均铱含量相近。但地球形成初期处于熔融状态，铱因密度大而很容易沉入地核之中，由此导致铱在地壳中的含量非常低。 地壳中某一岩层的铱含量高，可能指示该岩层形成时有地球之外的星体撞击地球。 1980年6月，沃尔特父子俩与同事在《科学》杂志上发表论文，提出K-T界线的铱异常由小行星撞击产生。为此在全世界范围内激起了对白垩纪末期恐龙灭绝问题的跨学科争论。在20世纪80年代，有关这一主题的论文发表有2000多篇。 tips： 如果能找到当时形成的陨石坑，则可成为强有力的证据，证明K-T界线铱异常及恐龙的灭绝均由小行星撞击地球而造成。 隐而未发的证据 1950年 墨西哥石油公司（PEMEX）为勘探石油而在尤卡坦半岛及邻近海域进行了重力普查，发现一个环形重力异常，认为地下存在一个环形构造（图2）。
图2 尤卡坦半岛环形重力异常（白线为海岸线） 1952年 对该构造进行了钻探，在1000米深度钻遇坚硬的结晶岩石，通过岩心分析认为是安山岩（实际上是因小行星的强烈撞击而形成的熔融岩）。墨西哥石油公司的地质学家宣称他们发现了一座被埋藏的火山。20世纪70年代，墨西哥石油公司的两位地质学家对尤卡坦半岛重新进行了详细研究，认为这一环形构造除了“安山岩”以外，没有任何火山特征，因此怀疑这可能是一个巨大的被埋藏的撞击坑。由于石油公司资料保密的原因，他们没有发表论文，只在1981的一次会议上就他们的认识作过简短发言。 新的迹象-海啸 20世纪80年代早期，有学者在海地南部的贝洛克和德克萨斯州布拉索斯河畔的K-T界线处（此时更多的是通过铱异常来确定K-T界线），发现了海啸成因的砂质岩层，从而将小行星撞击点指向墨西哥湾和加勒比海海域。显然，小行星在海域中撞击才更有可能引发海啸。 公之于众 加拿大宇宙化学家艾伦·希尔德布兰德（Alan Hildebrand）认真研究了海地和德克萨斯海啸成因的岩层。通过与墨西哥石油公司地质学家的合作，综合分析尤卡坦半岛北部海岸环形重力异常等资料，最终认定了这一埋藏在500米之下的陨石坑位置（图3）。根据当地一个村庄的名称，该陨石坑被命名为希克苏鲁伯陨石坑（Chicxulub crater）。1991年，艾伦·希尔德布兰德与合作者发表论文将这一成果公之于世。
图3 希克苏鲁伯陨石坑（Chicxulubcrater）位置 不断发现的新证据 1991年底，墨西哥石油公司的地质学家曼努埃尔找到了1952年的钻井岩心，其中含有因撞击作用产生的熔融岩石等关键证据。 1992年，放射性年代测定表明，钻井岩心中的熔融岩石形成于K-T界线产生的时代。 1993年，进一步的研究表明，钻井岩心中的熔融岩石的同位素特征，与在墨西哥湾沿岸及海地贝洛克海啸成因的岩层中发现的微玻璃陨石的同位素特征相同。这些微玻璃陨石是由强烈撞击产生的熔融玻璃微滴，被溅射到大气层以外快速冷凝，再回落到地面上而产生的。 此后，尽管争论一直在持续，但小行星撞击地球（图4）导致恐龙灭绝基本已成定论，后续的研究也提供了更多的证据。
图4 小行星撞击地球示意图 目前有多种版本的科普影视片回放了这一灾难场景：白垩纪的最后时刻（最新文献给出的时间点是66.043±0.011百万年前），一颗直径约为10千米、质量约3000亿吨的小行星以30千米/秒的速度撞击了尤卡坦半岛及邻近海域，形成直径约180千米的希克苏鲁伯陨石坑，其深度超过20千米。撞击释放的能量相当于 100亿颗广岛原子弹爆炸，产生的高温使这颗小行星和撞击坑内数十亿吨岩石蒸发，在大气层以外凝结成小球粒落回地球。撞击溅射物也以高速落向地表，就像数以万亿计的陨石从天而降，覆盖了非常广大的面积。撞击引发数百米高的海啸以及地震、滑坡、大火、暴风、酸雨等不可抗拒的灾害。地球被遮天蔽日的尘埃和有毒气体笼罩，黑暗持续了数个月甚至更长的时间，阻断了植物的光合作用，从底部终止了食物链，造成地球上包括恐龙在内的约75%的生物灭绝。 火山作用和岩浆喷发 对于恐龙的灭绝，此前有着多种假说，其中之一就是火山作用和岩浆喷发。事实上，在白垩纪末期，印度德干高原了爆发玄武岩浆大规模喷发，持续时间数十万年。德干玄武岩喷发形成的熔岩估计最大面积为150万平方千米，厚度超过2000米。经过6500多万年的风化和流水剥蚀作用，目前能直接观测的熔岩面积约为51.2万平方千米。 有学者经过研究后认为，在小行星撞击尤卡坦半岛之前，德干玄武岩已经喷发了至少30万年，火山喷发出的大量有毒气体和烟尘非常不利于生物的生存甚至已经导致部分生物灭绝。白垩纪最后时刻小行星的撞击带来的巨大灾害成为恐龙灭绝的最后一击。 中国K-T界限 我国黑龙江省嘉荫县因出土大量的白垩系恐龙化石，2001年经国土资源部批准建立恐龙国家地质公园。2002年至2011年，由古生物学家孙革教授领衔，中国、俄罗斯、德国、美国、英国、比利时、日本等中外科学家联合开展了“黑龙江流域白垩纪生物群与K-T界线研究”。通过对古生物组合、同位素年代测定、古地磁测定及地球化学特征等资料的综合分析，在嘉荫县乌云镇附近以“厘米级”的精度确定了我国第一个具有国际对比标准的陆相K-T（K-Pg）界线。然而，截止目前尚未见该地存在铱异常的报道。 最严重的生物大灭绝 二叠纪末期 在地球历史上，发生过5次生物大灭绝，其中最严重的一次发生在距今约2.5亿年前的二叠纪末期（图5），造成地球上96%的物种灭绝。 之后三叠纪早期持续了500万年以上的生命萧条期，全球大陆没有煤的形成，被称为“煤缺失”，海洋中没有真正的造礁生物形成的生物礁，被称为“礁缺失”。 图5 地球历史上的5次生物大灭绝 二叠纪中晚期，在中国的西南地区曾爆发大规模的玄武岩浆喷发，形成的熔岩被称为“峨眉山玄武岩”，覆盖面积30万平方千米，最大厚度约2000米，目前出露面积为37538平方千米。 二叠纪末期（距今2.5亿年前），西伯利亚爆发5亿年来地球上规模最大的玄武岩浆喷发，持续时间数十万年至100万年。目前熔岩分布面积达200万平方千米，原始面积可能达700万平方千米。最初的熔岩体积估计为100万到400万立方千米。 西伯利亚玄武岩浆的大规模喷发，可能制造大量灰尘与酸性微粒遮蔽阳光，妨碍陆地与海洋植物进行光合作用，进而造成食物链的崩溃。大气层中的酸性微粒形成酸雨降落到地表，对生物造成伤害。喷发活动释放大量二氧化碳，形成全球暖化和温室效应。西伯利亚地区储藏着大量的煤炭，这些煤炭在熔岩高温下产生甲烷进入大气层，加快了全球变暖的速度。最终可能使气温达到70摄氏度。因此，西伯利亚超大规模的岩浆喷发一直被认为是二叠纪末期生物大灭绝的首要原因。 然而，2006年3月，美国俄亥俄州立大学的拉尔夫·冯·弗雷泽（Ralph von Frese），通过分析美国GRACE卫星的重力测量数据，认为在南极洲威尔克斯地冰原之下存在一个直径达480千米的大型陨石坑，称为威尔克斯地陨石坑（Wilkes Land crater）。造成该陨石坑撞击体的直径可能达到 55千米，是尤卡坦半岛希克苏鲁伯陨石坑撞击体的5倍。 目前有一些学者认为正是威尔克斯地陨石坑的撞击形成，导致了二叠纪末期地球有史以来最大规模的物种灭绝。但威尔克斯地陨石坑位于1.6千米厚的冰层覆盖之下，地表条件极其恶劣。如何确凿地证明这一陨石坑的存在并测出具体的形成时间，需要付出非常艰辛的努力。祝愿早日得出确认结果。 参考文献 版权声明：如涉及版权问题，请作者持权属证明与本网联系 catalogs:116460;contentid:514162;publishdate:2018-06-11;author:李丹凝; 来源： 中科院地质地球所 |
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