宇宙自然生命简史:30 恐龙灭绝问题怎样解决的?

科学有故事 2017-11-12 20:44:30 阅读:

宇宙自然生命简史:30 恐龙灭绝问题怎样解决的?

上一期我们讲到年轻的地质学家阿尔瓦雷兹对地质学上的 KT 线产生了浓厚的兴趣。KT 线就是一层仅有 6 毫米厚的薄薄的红色黏土。他几乎分布在全球的地质层中,非常神奇的是,在这层黏土层之后的地质层中,再也没有发现恐龙化石。换句话说,它代表着地质史上的一个特殊时刻,也就是大约在 6500 万年前,地球上所有的恐龙以及差不多半数的物种都从化石记录中突然消失了。这层薄薄的 KT 线就像是死神在地质层中画下的一道死亡线,阿尔瓦雷兹很想知道这一切到底是怎么发生的?

在当时,人们关于恐龙灭绝的普遍观点依然停留在一个世纪前的莱伊尔时代,即认为恐龙仅仅是在数百万年以前才逐渐灭绝的。但是,这层薄薄的黏土却清楚地表明,至少在最初发现它的翁布里亚(Umbria),事情发生得非常突然。但遗憾的是,在上世纪 70 年代,还没有方法能测定积累这么一层薄土所需的时间。

如果是遇到别的问题,阿尔瓦雷兹几乎肯定不得不把这种无解的问题扔在一边。但这次却不同,非常幸运的是,阿尔瓦雷兹与一个他专业圈以外的人有着无法扯断的关系,而这个人恰恰能帮他解决这个问题。此人正是他父亲,路易斯.阿尔瓦雷兹,一位著名的核物理学家,10 年前的诺贝尔物理学奖得主。虽然老阿尔瓦雷兹对他儿子钟情于敲石头挺瞧不上的,但这次的问题却让老爷子产生了极大的兴趣。老爷子确实厉害,他马上敏锐地意识到,答案可能可以从来自宇宙的尘埃中找到。这种思路绝对不是一个古生物学家或者地质学家能想到的。

大家可能想不到,每年,都会有 3 万吨“来自宇宙的灰尘”积累在地球上,我们看到的流星就是这些尘埃在大气中燃烧的亮光。你也可以把他们当做是微陨石,落到地上后往往比沙子还要细微的多得多。如果把全球所有的尘埃扫成一堆的话,当然会是不小的一堆。但是,如果把它们平均分布在地球表面,那就只有极薄的一点点了。但在这一点点尘埃中却含有很多种地球上极其稀少的元素。其中有一种元素叫铱,该元素在太空中的丰度是地壳中的几千倍,有一种观点认为地球上的绝大多数铱在地球形成初期都沉入地核中了。

老阿尔瓦雷兹在加州大学劳伦斯伯克利实验室有一位同事,叫阿萨罗(Frank Asaro)。他刚刚发展出了一种精确测定粘土中化学成分的技术,这种技术叫“中子活性分析”。它的基本原理是在一个小型的核反应堆中用中子轰击样品,然后仔细计量被激发出来的伽马射线的量。这是一项极为精细的工作。之前阿萨罗用这种技术分析了一片陶瓷。老阿尔瓦雷兹认为如果能测定出他儿子样品中外来元素的量,然后再比较地球上年均积累的量,就能计算出样品的形成时间。1977 年 10 月的一天下午,阿尔瓦雷兹父子俩拜访了阿萨罗,请求他为他们做几项必要的测定。

这其实是一个相当唐突的请求。因为这项工作不但会让阿萨罗耗费几个月,而且相当伤神。另外他们请阿萨罗确认的似乎也只是一个不证自明的东西。这块地质学样品中的黏土是那么薄的一层,显然形成的时间也不会长到哪里去。当然,那时谁也没料到这项实验能收获戏剧性的突迫性进展。

阿萨罗在 2002 年的一次访谈中回忆道:“是的,他们很有魅力,很有说服力。而且,看起来这是一项很有趣的挑战,所以我答应试一下。不过,我当时手头还有很多其他工作要干。所以等我开始干的时候,8 个月过去了。”他停下来翻了翻笔记本,继续说,“那是 1978 年 6 月 21 日下午 1:45,我们把样品放入检测器中,运行了 224 分钟后,我们觉得差不多该有点有意思的结果了,所以我们关了仪器,上去看了一下。”

仪器中出来的结果却让他们大吃一惊,事实上,当时三个科学家都以为肯定是仪器出问题。因为结果显示阿尔瓦雷兹的样品中铱的含量是正常平的 300 倍,远远超出了他们原本的预测。在此后的几个月中,阿萨罗和他的同事米歇尔(HellenMichel)常常一口气连续工作 30 小时,“就像吃药一样,根本停不下来”阿萨罗非常幽默地解释。他们连续奋战,进一步分析来自更多地方的样品,所有的结果都差不多,无论是来自丹麦、法国、西班牙、新西兰还是南极洲,都显示出在 KT 层中铱的含量是全球范围的激升,有些地方甚至是正常水平的 500 倍之多。很明显,当时,地球上发生过一件突然性的大事件,很可能是灾难性的。KT 层的铱含量是这件大事件确凿无疑的证据。

经过一番思考,阿尔瓦雷兹父子得出一个唯一合理的结论,不管怎样,那就是地球曾经遭受过一颗巨大的小行星或是彗星的重击,就在 6500 万年前。

其实,在当时来说,地球曾遭到过破坏力极大的天地冲撞这种观点其实并不是非常新鲜。早在 1942 年,西北大学的天体物理学家巴德温(Ralph B. Baldwin)曾在一篇写给《大众天文学》杂志的文章中提到过这种撞击的可能性。另外至少还有两名知名的科学家,一位是天文学家奥皮克(Ernst Opik),另一位是诺贝尔奖得主,化学家尤里(Harold Urey),在不同时间都说过支持这种观点的话。即便是在古生物学家当中,也并不是没有这种观点。在 1956 年,俄勒冈州立大学的古生物学教授劳本菲尔斯(M. W. deLaubenfels)在《古生物学杂志》中提出恐龙的死亡可能是由于来自太空中的致命撞击,这实际上已经预示了阿尔瓦雷兹的理论。1970 年,美国古生物学会的主席麦克拉伦(Dewey J. McLaren)在一次年会上提出,导致古生物学史上的“弗拉尼斯世灭绝”事件的原因可能是因为一次超恐怖的天地大冲撞。

就好像是为了强调这种观点在当时已不算新奇,一家好莱坞的制片厂在 1979 年推出了一部影片《陨石》,台词中说“直径 8 千米,以 5 万公里的时速飞向我们,无处藏身”,主演是方达、伍德、莫尔登和一块巨石。

这么看来,当阿尔瓦雷兹父子首次宣布他们的恐龙灭绝理论时,人们应当也不至感到太惊奇。那是 1980 年的头一周。在全美科学促进会的一次会议上,他们正式宣布恐龙的灭绝并不是发生在几百万年前某个缓慢而不可阻挡的进程,而是一次独立的、突然性的爆发事件。这一次的不同在于,这对父子拿出了无可辩驳的铁证。

但是这样一个观点还是给各界带去了震惊,尤其是在古生物界,被当作是骇人听闻的邪说。

阿萨罗回忆说:“你们得注意,我们在古生物学领域只能算个业余的。小阿尔瓦雷兹是研究古地磁的地质学家,老阿尔瓦雷兹是核物理学家,而我则是核化学家。现在,我们这样几个人却要告诉古生物学家我们解决了他们逃避了超过一个世纪的问题。他们无法立即接受一点儿也不用奇怪。”老阿尔瓦雷兹开玩笑说:“我们没有执照瞎搞地质,被抓了。”

但是,人们讨厌撞击理论其实还有更深层次的原因。自莱伊尔时代以来,均变论是几乎所有人的一致信念,也是自然史中的一个最基本要素。在阿尔瓦雷兹发表观点的上世纪 80 年代,灾变论已经过时很久了,实际上成了一种很不可思议的理论。对于大多数地质学家来说,这种毁灭性的天地冲撞理论,用苏梅克的话来说,就是“违背了他们的科学教义。”

老阿尔瓦雷兹为改变人们的看法,公开嘲讽古生物学家和他们对科学知识的贡献,但也没起多大作用。他在写给《纽约时报》的一篇文章中就揶揄这些古生物学家:“他们实际上并不能称得上一名科学家,更像是搞集邮的。”这话今天来看依然挺伤人的,别忘了,老阿尔瓦雷兹的身份可是位诺奖得主。

阿尔瓦雷兹的反对者们也提出了很多种对铱含量异常的解释。例如,他们认为这是由于印度源源不断地火山喷出物造成的,即所谓的“德干暗色岩”(“暗色岩”源于瑞典文,代表某种熔岩;德干指的今天的“德干半岛”)。其中一个最坚决的反对者是达特茅斯学院的奥菲瑟(Charles Officer)。他坚持铱的沉积是由于火山活动造成的,但他也在一次报纸的采访时承认他并没有任何证据。其实这个观点完全经不起推敲,火山活动怎么可能造成全球性的影响,如果真有这样大规模的火山活动,那肯定会留下各种显而易见的证据。还有些学者坚持认为,并没有化石记录可以证明恐龙是在铱含量分界的地方突然消失的。事实上是,在 KT 线之后的地质层中,谁也没有发现过恐龙化石,当然这无法证明在未来也一定找不到,要证明不存在在逻辑上没有可能性。直到 1988 年末,在一次涉及全美的古生物学家的调查中,半数以上的人仍然认为恐龙的灭绝与小行星或者彗星的撞击无关。由此可以看出,这个理论绝不是像某些人以为的那样几个科学家一拍脑袋想出来的,而是经过了长期的激烈的争论,最后是证据战胜了雄辩。

但是,能支持阿尔瓦雷兹父子理论的最明显的一样证据恰恰就是他们还缺少的,那就是撞击地点。此时,轮到苏梅克登场了。他正在对曼森大坑发生巨大的兴趣,并且高度怀疑这个大坑就是那个毁灭了恐龙的撞击点。苏梅克与艾奥瓦州还有点儿缘分,他的儿媳妇就在艾奥瓦大学任教。苏梅克的研究,让全世界的目光都将投向艾奥瓦州。

地质学家们往往都会远离平原地区,艾奥瓦州就是一个非常平坦的地区,地形上毫无特色,地质活动也相对安静得很。这里没有高耸的山峰,光滑的冰川;也没有丰富的石油和值钱的金属矿;更没有岩浆涌动的迹象。如果你是一名艾奥瓦州政府雇佣的地质学家,那么你很大一部分的主要工作就是向全州的“监禁动物管理员”(用我们大多数人的话就是“养猪场主”)定期提供粪肥管理计划。全州共有 1500 万头猪,确实有相当多的粪肥需要管理。我完全没有嘲讽的意思,这的确也是一项重要而有益的工作,它为艾奥瓦的水源清洁提供了保障。但是,现在这里突然成了全世界地质学家和古生物学家瞩目的焦点,并且居然不用去躲避比纳特波峰上的熔岩炸弹,或者冒死在格陵兰冰川的裂缝里翻找。我们完全可以想象上世纪 80 年代中期,当全世界地质学家的注意力都聚焦到曼森大坑时,艾奥瓦州的国土资源部门该有多么的激动。

艾奥瓦市的特罗布里奇大厅是一幢红砖结构的建筑物。这是艾奥瓦大学地球科学系的所在地,而艾奥瓦国土资源部的地质学家就在这个阁楼上办公。现在已经没人记得到底是什么原因,州政府的地质学家呆在这么一个大学的设施中。你一定会对那里空间的局促留下深刻的印象,办公室窄小,天花板很低,进出不便。当有人领你进去时,你要有思想准备,你会被带上一个屋脊,然后被扶着穿过一扇窗户。

安德森(Ray Anderson)和威兹克(Brian Witzke)就在这儿办公,周围堆满杂乱的稿纸、杂志、卷起来的图表以及大块的石头样品,他们最不缺的就是压纸的重物。在这种地方,如果你想找某样东西,比如一把椅子、一只咖啡杯、一架响着铃的电话机。你非得先挪开周围的一堆文件不可。

安德森回忆起当年,眼睛一亮,对记者说“突然之间,我们就身处事件中心。那是六月份一个阴暗、飘雨的早上,我在办公室遇上他和威兹克。那是一段美妙的时光。”

安德森提到的“他”指的就是苏梅克。威兹克说:“他是一个伟大的人物。要是没有他,整个事情可能永远都不会启动。即使在他的支持下,依然花了 2 年的时间才让研究项目正式运转起来。打钻是一件很费钱的事情,在当时,每钻 1 米大约要花费 115 美元,现在还更贵,而我们当时需要打入近 1000 米深。因此,我们需要大量的钱,明显超出了我们的预算。”

于是,艾奥瓦州的地质勘探局和美国国家地质勘探局决定联手合作。

安德森露出一丝苦笑:“至少,我们原以为那是一次合作。”

在整个研究期间,实际上有很多行为非常不严谨。人们总是未经检验就匆匆得出结论。其中有一次这样的行为就是在 1985 年召开的全美地质学年会上,美国地质勘探局的艾泽特(Glenn Izett)和皮尔莫尔(C. L. Pillmore)宣布曼森大坑的年龄正好与恐龙灭绝的时间相匹配。此次发布立即吸引了媒体的大量关注,但遗憾的是,高兴得太早了。对数据进行更加严格的重新检验后,结果显示曼森大坑不仅太小了,而且早了 900 万年。

当安德森和威兹克赶到位于南达科它州的会议地点时,却发现人们带着同情的表情看着他俩说:“我们听说你们的大坑‘得而复失’了。”而这俩人此时还不知道艾泽特和另外一些美国地质学会的科学家已经刚刚宣布,修正后的数值显示曼森大坑不是那个造成大灭绝的坑。这个事情是安德森和威兹克事业上遭受的头一次挫折,教训不浅。

安德森回忆说:“我们很受伤,我的意思是说,我们本来有了一件很重要的事情,然后突然之间我们不再拥有了。但比这更糟糕的事是本以为与我们合作的人却不愿意与我们分享新发现。”

“为啥?”

他耸了耸肩,说:“天晓得。反正我们深深体会到如果科学一旦被玩弄的话,有多没劲。”

在曼森大坑的热度过去之后,失望的地质学家们只好把撞击点的搜寻工作转到了别的地方,5 年都没有什么新的进展。到了 1990 年,好运降临在亚利桑那大学的希尔德布兰德(Hildebrand)身上,他是一名陨石坑搜寻者,这一天,他遇到了《休斯敦纪事报》的一名记者,而这个记者恰好知道一个巨大的、无法解释的环状结构。希尔德布兰德一听之下,眼睛一亮,天哪,莫非我中大奖了,真是踏破铁鞋无觅处得来全不费工夫啊。预知后事如何,且听下回分解。

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