一颗容量为 1 亿兆吨的小行星的爆炸使地球多年来陷入一片漆黑,在没有火山帮助的情况下摧毁了所有大型动物物种。
正如艺术家想象的那样,恐龙对坠落的天体发出的闪光做出反应。事实上,图像中的主人公可能会被羽毛覆盖
六千六百万年前,生活在洞穴外的所有陆生动物物种都灭绝了。他们试图将其归咎于德干火山的巨大喷发和小行星的爆炸。现在很清楚,火山与它无关,下面我们将告诉你原因。
甚至在 15 到 20 年前,许多研究人员(今天俄罗斯也有这样的人)认为恐龙灭绝是因为它们的竞争力不如哺乳动物。比如,它们吃了笨拙的穿山甲的蛋,并以其他方式阻止它们生存,这就是恐龙逐渐灭绝的原因。
恐龙:不逊于哺乳动物,但仍然灭绝近年来,很明显,即使不是绝大多数,也有许多恐龙是温血的,通常 覆盖着羽毛,而且速度相当快。但它们看起来有点像侏罗纪公园的冷血蜥蜴。由于具有气腔的特殊骨骼和不寻常的呼吸系统,它们可以长得比任何陆地哺乳动物都要大得多。
6600 万年前希克苏鲁伯小行星爆炸后的最初时刻
与现代鸟类不同,在分类学上与恐龙有关,一些古老的“可怕蜥蜴”没有光滑的喙,而是有牙齿的喙:像鸵鸟一样,只有几十吨重,有牙齿。从这张照片中,很容易理解为什么哺乳动物一直是夜间穴居动物,直到陆生恐龙灭绝。很难从鸵鸟身上逃脱,也很难击退长着牙齿的重达数吨的捕食者。更大的竞争对手根本没有给他们在白天占主导地位的机会。
这个 15 米长的霸王龙亲戚也被羽毛覆盖
此外,古生物学家令人信服地表明,陆地恐龙物种(减去鸟类)的数量一直很大,直到 6604 万年前,然后几乎立即下降到零。更重要的是,93% 的哺乳动物物种在那一刻死亡——例如,我们是少数幸存物种的后裔。由此可以清楚地看出,哺乳动物取代了陆生恐龙,不是因为它们更好,而是因为它们死于一些外部事件。
寻找凶手。火山,或五十亿广岛然而,大约在那个时候,同时发生了两场灾难,这可以解释大死。在印度斯坦,有 150 万平方公里被厚厚的熔岩层淹没(今天这些是德干陷阱)。与此同时,大量的二氧化硫,一种强大的抗温室气体,被释放到大气中。
它有效地阻挡了阳光,在地球表面建立了一个火山般的冬天。造成德干陷阱的喷发异常猛烈。因此,一些科学家认为,之后的火山冬天同样强大。寒冷可以*死物种:地球上的大多数主要物种灭绝都伴随着温度的急剧下降。
一对北票龙,有羽毛的小型温血恐龙。一看它们就足以理解为什么那个时代的哺乳动物更喜欢夜间生活方式
但大约 6600 万年前,另一场灾难袭击了地球,可能“冻结”大型动物物种。直径至少十公里的希克苏鲁伯小行星从尤卡坦半岛坠落。在一个速度为每秒数公里的大型物体与固体岩石的碰撞中,发生了爆炸,其能量估计为 1 亿兆吨(约 50 亿广岛)。像任何主要的小行星撞击一样,它向平流层喷射了大量的尘埃,导致了小行星的冬天。
这颗小行星有许多“好处”:它不仅会抛出灰尘,还会抛出大块碎片,它们的速度可以达到每秒公里数,并进行亚轨道太空飞行。从那里以高达 6 km / s 的速度返回,碎片非常热。其中一些 - 最大和最松散的 - 在大气中产生二次爆炸,一些 - 更小和更密集 - 炽热地坠落到地面。一路上,1亿百万吨产生了最强的海啸。但事实上,所有这些影响都是次要的:根据计算,小行星冬季对生物圈的危害比全球大火风暴或绕过地球所有海洋的高浪要危险得多。
因此,灭绝可能是由火山和小行星冬季引起的。但是你怎么知道哪个是哪个?最好先弄清楚发生了什么。一个问题:德干陷阱的爆发似乎比恐龙灭绝早了几万年。尽管它只是在他之后才完全生效。也就是说单凭日期是无法理解情况的:还需要一些其他的指标。
有人立刻酸化了所有的海洋——而且立刻一个国际科学家团队决定通过观察前海床的沉积物来回答这个问题。他们在现在的荷兰发现了许多具有 6604 万年历史的粘土样本,其中包括一个特别厚(且信息丰富)的粘土样本。这些沉积物包含带有小壳的海洋单细胞生物壳 - 有孔虫。这项新工作的作者研究了这些沉积物中硼的含量如何变化,这种元素在软体动物壳中的积累取决于海洋的酸度。酸度定量表示为 pH 值。
根据这项新工作,在白垩纪的最后 10 万年里,这个 pH 值非常稳定。顺便说一句,这并不是特别预期的:在地球历史的最后 2 万年中,其海洋的酸度以相当快的速度来回跳跃。发生这种情况是因为海洋的酸度对大气中的二氧化碳含量反应迅速。在温暖的气候中,空气中的二氧化碳含量更高;在寒冷的气候中,二氧化碳含量更少。事实证明,恐龙时代结束的特点是气候出奇地稳定,没有像我们这个时代那样剧烈的波动。
科学家们认为,此时海洋的持续酸度消除了对德干陷阱的所有怀疑:它们不可能是恐龙*手。如果它们的喷发确实导致了全球火山冬季,那么 pH 值就无法保持稳定。二氧化硫以酸雨的形式从大气中释放出来。在恐龙灭绝之前,德干陷阱大约在 3 万年的喷发并没有在这样的降雨中产生急剧的激增。这意味着当时的火山喷发规模并没有大到影响气候并安排灭绝。
但 6604 万年前,已经没有昔日稳定的痕迹。在不超过一千年的时间里,根据沉积岩中的硼来判断,海洋的 pH 值立即下降了 0.25。我们强调:这里的一千年恰恰是从上面来的限制。这可能发生得更快,仅根据沉积岩就不可能给出更准确的事件年代。
酸化的海洋说了什么看起来 0.25 并没有那么多。不可否认,这种程度的酸化很少能够单独*死海洋生物。是的,即使在 20 年前,许多人就警告说,海洋酸化会导致带有贝壳和钙质骨骼的生物(从软体动物到珊瑚)大量死亡。人们相信酸化的水会开始溶解它们的壳和骨骼结构。
今天我们知道,委婉地说,这是一种简化。事实上,许多使用碳酸盐来构建身体的生物都受益于海洋酸化。总体而言,它们的生长速度,以及它们在酸化水中构建骨骼结构的钙捕获速度显着增加。从 1751 年到 1996 年,酸度上升使海洋的 pH 值从 8.25 降低到 8.14。与此同时,与关于在酸化海洋中“溶解”具有碳酸盐骨架的生物体的流行预测相反,球石藻的生物量增加了 40%。
一些珊瑚也被预测会因海洋酸化而灭绝,它们在高酸性(高达 pH 值 7.3)的水中生长得更好。尽管有这样的条件,它们在非酸化海洋中的大小仍是今天的三倍。
然而,海洋酸化是地球上正在发生的事情的一个重要指标。这项新工作的作者计算出,在希克苏鲁伯小行星坠落后的头一千年内,酸化表明大气成分发生了急剧变化。在最强大的小行星爆炸之前,大气中的二氧化碳为百万分之 900,而在它之后立即变为百万分之 1600。这是一个巨大的飞跃。
但就其本身而言,二氧化碳含量的增加不会导致灭绝。在地球的历史上有了更大的增长。就在 10 到 15 000 年前,二氧化碳浓度反复发作。五千万年前,在古新世-始新世热最大值期间,大气中的二氧化碳含量几乎翻了一番,高于恐龙灭绝时的水平。海洋的 pH 值下降了 0.28——比希克苏鲁伯之后的下降幅度更大。
尽管如此,地球上的物种数量不仅没有减少,反而迅速增加。这意味着恐龙的灭绝不是由二氧化碳的“潮汐”引起的。相反,灭绝本身引发了这种“浪潮”。
飙升的二氧化碳说明了什么大气中的二氧化碳不仅可能是当前变暖等全球变化的原因,也是它们的标志。这是关于什么的?
根据现代数据,在希克苏鲁伯小行星坠落后,地球上的温度相当低,持续了 80 年。根据 2016 年的一项研究,3250 亿吨硫被释放到空气中,这可能会产生高达 1 万亿吨的二氧化硫 (SO2)。
乍一看,这并不算多:今天大气中存在超过 3 万亿吨相同的二氧化碳。但小行星爆炸高空抛入大气中的硫化合物实际上可以有效阻挡太阳光线。计算表明,即使小行星爆炸仅将 1000 亿吨硫释放到大气中,地球的冷却也会很强烈。
小行星爆炸三年后,平均温度应该下降了 27°C。也就是说,从白垩纪的正常温度,加上22°C,它下降到-5°C。显然,在硫排放量增加三倍的情况下,全球降温应该比 27 度严重得多,但具体到什么程度还很难说。因此,我们将限制在1000亿吨的计算范围内。平均温度下降 27°C 真的很可怕并可能导致灭绝吗?
莫斯科的年平均气温现在约为 6 °C。其下降 27 度意味着莫斯科气候转变为当今北半球没有类似气候的气候。在南极洲海岸 - 从负 10°C 到略低的水平。零下 20°C 是南极洲内陆的气候,那里连企鹅都找不到。那里根本没有大型动物,甚至小型多细胞动物,坦率地说,严重短缺。也就是说,如果“奇克苏鲁布冬天”重演,今天莫斯科地区将变得无人居住。
可以说,俄罗斯首都不是最适合居住的地方,地球上的平均气温现在是 15°C。这比恐龙时代末期低了 7°C。下降 27°C 将使地球的平均温度等于负 12°C。很容易找到类似气候的类似物:弗朗兹约瑟夫地,那里的年平均气温正好是负 12°C。
也就是说,平均而言,这颗行星会变得比现在的弗兰格尔岛明显更冷,但不会比俄罗斯最北端的岛屿更冷。在弗朗兹约瑟夫地发现的鸟类和哺乳动物不到三打:对于其他人来说太冷了。
弗朗兹约瑟夫地的海象非常适应寒冷,但在温暖的白垩纪,没有这种耐寒物种
今天地球上最温暖的地方年平均气温超过 34°C。它下降 27°C 是平均每年增加 7°C,与萨拉托夫大致相同。乍一看,恐龙本可以在热带绿洲中幸存下来。
并不真地。根据研究人员的计算,小行星冬季后最温暖的地方是海洋。由于它们巨大的热容量,那里根本不会太冷,所以公海的平均温度是 5.9°C。
但在陆地上,情况更糟:在小行星冬季最冷的一年,年平均气温降至-32°C。在恐龙时代末期的热带大陆地区,希克苏鲁伯之后的年平均气温从正 27°C 下降到负 22°C,也就是说,再次下降到现在只发生在南极洲内部的温度。只有在至少三年的小行星冬季之后,才能完全恢复契克苏鲁伯之前的温度。
希克苏鲁伯之后的地球平均温度在撞击后的前五年不可能升至零度以上。由此可见:大型动物根本无法在那里生存。在中生代,它很温暖,非常温暖,即使是现在的南极洲和北极也有我们定义为温和的气候(大约是现代莫斯科)。
在这种只有苔原植被可以生存的地方安排一个五年的冬天,意味着几乎要摧毁所有的成年植物。种子可以留在土壤中——它发生了:被子植物恢复得相对较快,但在没有植物食物的五年冬季,几乎所有食草动物都会死亡。他们越大,他们死得越快。在它们身后,食肉动物不会让自己等待:如果没有草食性猎物,它们将无法维持五年。
大量死去的动植物会逐渐腐烂,为大气提供二氧化碳。但是,前者在植被范围内是不可能的。另一个团队表明,小行星撞击向平流层排放的烟灰和二氧化硫在长达两年的时间内使阳光水平下降了 100 倍。陆生植物在正常阳光的百分之一下无法有效地进行光合作用。也就是说,几年来没有人从空气中提取二氧化碳来获取氧气。
希克苏鲁伯灾难后第二、第三和第四年夏季的光照度水平标准百分比。最初的几年里,可持续的光合作用是不可能
阳光慢慢回归后,也没有瞬间恢复正常的气候。数十年的小行星冬季导致海冰急剧增加,这在恐龙时代是奇异的。冰可以很好地反射太阳光线,进一步冷却地球。撞击前丰富的植物群根本无法迅速恢复。
一个更重要的二氧化碳来源可能是小行星撞击本身。它不可避免地不得不向大气中释放大量含碳物质。此外,行星火雨引发的全球火灾也将大量二氧化碳带入大气。据估计,希克苏鲁伯小行星对地球大气层的总贡献可能是数千亿吨。
通常,二氧化碳可以提高地球的温度,因为它会捕获红外线辐射。然而,这在小行星冬季不起作用:大气中的二氧化硫会阻止太阳光线到达致密的对流层。如果太少的热量到达那里,二氧化碳就无法在地表附近保持足够的热量。
因此,小行星撞击后二氧化碳的急剧增加表明了一个关键因素:正是他导致了大气中温室气体含量的大幅增加,而地球应归功于恐龙的灭绝。德干陷阱地区的火山活动可能加剧了这种情况,但它并没有对恐龙造成第一次也是最强大的打击。
为什么陆地恐龙灭绝了,但鸟类和我们没有总的来说,情况很清楚。1 亿兆吨的爆炸使地球在几年内陷入坚实的夜晚,并在多年内陷入极度寒冷的气候。可以理解为什么四分之三的植物物种和 93% 的哺乳动物物种已经死亡。但有些人幸免于难。在恐龙中,鸟类也幸存下来。陆地恐龙为什么会死?
例如,大型动物很难在困难的条件下获得足够的食物。但是在恐龙中,有很多小恐龙——一个人那么大。为什么它们没有生存下来,然后产生更大的物种?
这个问题最有可能的答案归结为一件事:鸡蛋。今天很清楚,恐龙孵化了它们(与冷血蜥蜴不同)。中生代不知道希克苏鲁伯小行星撞击后这样的时期,因此可以长时间孵化鸡蛋。如果鸟类通常在 11 到 85 天(其中最大的鸵鸟 - 42 天)坐在它们的蛋上,那么陆生恐龙会孵化3到 6 个月。
恐龙孵化它们的卵数月:在黑暗和饥饿的岁月中*死它们的习惯
到目前为止一切都很好,长期育雏对非鸟类恐龙有好处。科学家认为,长时间孵化的主要原因是胚胎中牙齿发育所需的时间。现代鸟类没有它们,这使它们能够快速孵化鸡蛋。但没有牙齿,很多生态位都难以占据。没有牙齿的鸟喙更难撕扯大型猎物或研磨粗糙的植物性食物。一般来说,大多数不会飞的物种显然需要牙齿。
但是在希克苏鲁伯灾难之后,长期孵化的鸡蛋从加号变成了脂肪减号:很难吃,没有活的植物,食草动物死亡,腐肉变质,只有那些不断移动,带走稀有食物的人永远新大陆的居民,可以生存。产卵后,很难将它们转移到另一个地方,而且在途中也很难取暖(小行星冬天可不是开玩笑的)。一个地方连三个月都不可能养活自己:一场世界末日般的灾难就在身边,一个人不能坐在一个地方。
鸟类,尤其是小型鸟类,可以快速孵化它们的卵,因此它们得以幸存,而今天它们的物种数量几乎是哺乳动物的两倍。老实说,“哺乳动物开始主宰地球”这个论点,实际上听起来像是“在非飞行动物中,哺乳动物开始主宰”。
哺乳动物本身并没有灭绝,因为它们*的雌性带着它们的幼崽,也就是说,它们没有被束缚在一个地方。卵生哺乳动物,如现代针鼹和鸭嘴兽,在温度波动较小的地下孵化它们的卵。它还减少了它们在寒流中灭绝的机会。
这一切给了我们什么?乍一看,新作品的结论相当平庸。事实证明,50 亿广岛的撞击,随后是一场火雨、大海啸和数十年的小行星冬季,可能会消灭所有大型陆生动物。真的有必要证明这么明显的事情吗?
奇怪的是,是的。我们已经注意到,俄罗斯仍有科学家准备否认恐龙正是在希克苏鲁布之后灭绝的。在西方,许多研究人员试图将 6600 万年前发生的灾难归因于火山。找出谁是真正的罪魁祸首不仅仅是抽象的好奇心问题。火山爆发是无法避免的。
但人类完全有能力阻止大型小行星和彗星坠落地球——如果它想制造具有所需功率的热核弹头的必要导弹。但是,如果没有明确的科学证据表明小行星是对陆地生命最危险的因素,没有人会投资于保护它们以抵御它们。
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