一颗陨石砸在哪儿,才能毁灭全人类?

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查看130 | 回复0 | 2019-12-30 16:15:16 | 显示全部楼层 |阅读模式
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如果地球突然被毁灭、生命万物陷入世界末日,你觉得罪魁祸首是谁?

在各位“实力派选手”中,陨石大概可以位居榜首了,你甚至可能已经能联想到陨石撞地球之类的灾难场面。在最近的电影《一出好戏》的开头,就讲到了一颗即将袭击地球的巨型陨石。影片中有位史教授提到,一旦陨石撞击海面,将引发100米高的海啸,淹没并毁灭我们熟知的文明世界。

电影中,一群都市人被困在了孤岛之上,他们还以为外面的文明世界会被陨石撞击摧毁 |《一出好戏》电影海报

不过,史教授说的真有道理吗?一颗巨型陨石撞击地球真的等同于世界末日吗?对此,地质学家最新研究认为,要想知道一颗陨石能不能毁灭世界,除了看它体型大小之外,关键还要看撞击点在哪儿!

不长眼的陨石,一头扎向火药桶

地球自诞生以来,遭受巨型陨石的“胖揍”少说也有成百上千次了。但并不是每一次挨撞都会摧毁地表世界,或是引发生物大灭绝。同样是巨型陨石,给地球造成的伤害却差异悬殊。面对这一奇怪的现象,有些地质学家给出了一种解释:陨石撞击的灾难程度,可能和撞击的位置有关[1,2]。

不过,这和“史教授”胡扯的撞到海面亦或陆地没关系。问题的关键在于,陨石撞击点有没有埋藏丰富的有机物。日本东北大学等机构的研究人员就指出,6500万年前那颗最著名的陨石可能就没挑好撞击点,一头扎进了富含有机物的地层,这才造就了恐龙灭绝的末世浩劫。

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陨石撞击地球想象图 | labrujulaverde.com

说起当年那颗陨石,不得不为恐龙悲催的运气叹息。本来,这颗陨石当场就磕出了直径180公里的陨石坑,导致地震、海啸、大火、火山喷发,已经是“生命无法承受之重”了。更惨的是,陨石还引发了“核冬天”——大量的灰烬飘荡在大气中久久无法散去,遮天蔽日、树木枯死、气温骤降8~11℃,最终破坏了整个生态系统,这才导致恐龙等当时世界上75%的物种灭亡。

可是,这么多灰烬都是哪里冒出来的?除了火山喷发等原因之外,研究人员认为,陨石撞击的那块“风水宝地”也是排放源头之一。

经研究人员对陨石坑采样、分析后发现,陨石撞击的墨西哥尤卡坦半岛在当时是个海岸与浅海交接地区,有着丰富的生物群,因此地下储存了大量的硫、烃、化石燃料等有机化合物。不客气的说,这就是个巨型火药桶!

丰富的矿藏本来也算安分守己,然而,陨石不偏不倚就选择撞在了这里。撞击时产生了极高的温度,将有机物瞬间点燃。熊熊大火产生大量黑炭,这些燃烧的黑炭随着撞击被弹射上天,而它们的重量可能超过了15亿吨(相当于近1亿辆重型卡车)。其中,有3. 5亿吨的灰尘留在大气平流层,数年内迟迟挥之不去,给予了全球生态系统致命一击。

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墨西哥尤卡坦半岛卫星图 | NASA

那为什么说恐龙的运气不是一般的背呢?因为研究人员认为,有机物矿藏如此丰富的“宝地”在当时实在不多见,据估算不超过全球地表面积的13%。也就是说,如果陨石能稍微偏离一点,撞上剩下87%地方的话,灾情说不定就没那么严重。

经日本气象厅的超级计算机模拟发现:当初要是没撞在这个火药桶上,就不会产生此等规模的灰烬,地球可能也就只降温0~4℃,气候变化和生态系统的破坏不会那么剧烈。而恐龙则可能继续统治着地球,我们也不可能有机会在这里给大家讲陨石的故事了。

所以他们认为,撞击位置对是否毁灭地球有关键性的影响,但与撞到海面还是地面的关系并不大,而是看撞击位置的地表下是否有丰富的有机物埋藏。

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墨西哥尤卡坦半岛的重力异常地图,箭头指向的圆弧就是陨石撞击的遗迹 | USGS

砸到花花草草也有大隐患

不过,日本学者的观点并没有被所有地质学家接受,比如美国德州大学海洋地质学家古利克(Sean P.S. Gulick)等人就对此表示质疑。他们认为,让恐龙灭绝的陨石之所以能酿成大祸,原因不在于砸到了富含有机物的区域,而是因为波及到了陆地森林。

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图 | 电影《大话西游之大圣娶亲》

当陨石撞击墨西哥浅海时,瞬间的高温高压以及四溅的高温碎石混合成了“火雨”,劈头盖脸地砸在陆地上,炸开的森林大火一发不可收拾。一时之间,全球范围内的森林都在熊熊燃烧。这场大火不仅直接毁了很多森林,燃烧生成的灰烬更造成了暗无天日的末日场景。

有关这场全球森林大火的证据则埋藏在世界各地的地层里,在白垩纪末期形成的地层中时常可以见到灰烬残留的物质[4,5]。另外,地层中残留的白垩纪末期花粉和孢子也显示:当时全球森林普遍消失,仅留下身型低矮而生命顽强的蕨类植物占据地表长达千年。这种植被面貌在现今的火山喷发地区也可见到,因此也能间接证明全球性森林大火的存在[6]。

对此,前文讲到的日本学者也提出了反驳,他们认为美国学者们采集到的灰烬样本显然是极高温度燃烧的产物,只能是陨石坠落所产生的高温高压所为,而不可能是由森林大火烧出来的。

别吵了!石膏才是重点!

正当日本人和美国人吵得不可开交时,同样在2017年,伦敦帝国理工学院的学者和BBC纪录片《恐龙死亡那天》(The Day the Dinosaurs Died )则提出:有机燃料和森林大火都不够造成末日,陨石撞上石膏矿才够给力!

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一处富含石膏的地层 | Kalima/Wikimedia Commons

来自英国的团队在尤卡坦半岛采集的样品显示,陨石撞击点下面含有丰富的石膏等矿物储藏。不巧的是,石膏在陨石撞击下会产生大量的硫化物和二氧化碳。硫化物会遮蔽日光,导致全球降温;而二氧化碳则是著名的温室气体,会让全球升温。

听起来,这两种物质似乎会相爱相杀,其增温与降温效果互相抵消。但事实却并非如此,二氧化碳的温室效应属于长时间的影响,但硫化物的降温却是剧烈而快速的。根据这一原理,在二氧化碳开始发挥升温效果之前,全球势必要经历一场寒冬[7]。

因此,不少科学家对这场寒冬的凛冽程度进行了估算。保守估计来看,撞在石膏坑里的陨石可能释放100亿吨的硫化物和1,400亿吨二氧化碳。在它们的影响下,全球平均降温26度,大多数的地方气温会跌落冰点,而这个寒冬将持续3~16年,并且要耗费30年才能恢复[8]。

更让人糟心的是,英国学者对陨石的撞击角度、速度都进行了运算。他们算出,当时陨石是以18km/s的速度、60°的切入角撞击尤卡坦半岛的。而根据这个数据,其实只要早或晚个30秒的话,陨石就会躲过这片石膏丰富的地区,而恐龙的命运或许就能改变。

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恐龙:可惜没如果 | Giphy

总的来看,上述各国科学家各持不同的观点。但无论是撞上有机物火药桶、溅起火雨引发森林大火,还是石膏矿,都同时说明了一件事——陨石光体型大只是一方面,撞击的位置才是关键。

最后,如果一定要给《一出好戏》中的陨石挑个“幸运撞击点”的话,矿藏及燃料富集的浅海以及能引发森林大火的陆地绝不是最佳选择,反而是史教授口中“不幸的”深海才能让地球上的生命逃过一劫吧!

作者:廖俊棋

编辑:Kamin

题图来自KurzGesagt.org

参考文献:

Kaiho, K., & Oshima, N. (2017). Site of asteroid impact changed the history of life on earth: the low probability of mass extinction:. Scientific Reports, 7(1), 14855.

Kaiho, K., Oshima, N., Adachi, K., Adachi, Y., Mizukami, T., & Fujibayashi, M., et al. (2016). Global climate change driven by soot at the k-pg boundary as the cause of the mass extinction. Scientific Reports, 6, 28427.

Morgan, J. V., Gulick, S. P., Bralower, T., Chenot, E., Christeson, G., & Claeys, P., et al. (2016). The formation of peak rings in large impact craters. Science, 354 (6314), 878-882.

Wolbach, W. S. Global fire at the Cretaceous–Tertiary boundary. Nature 334, 665–669 (1988).

Wolbach, W. S. Cretaceous extinction: Evidence of wildfires and search for meteoritic material. Science 230, 160–170 (1985).

D.J. Field et al. (2018). Early evolution of modern birds structured by global forest collapse at the end-Cretaceous mass extinction. Current Biology. Vol. 28.

Artemieva, N., & Morgan, J. (2017). Quantifying the release of climate‐active gases by large meteorite impacts with a case study of chicxulub. Geophysical Research Letters, 44(20).

Brugger, J., Feulner, G., & Petri, S. (2017). Baby, it's cold outside: climate model simulations of the effects of the asteroid impact at the end of the cretaceous. Geophysical Research Letters, 44(1).

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