突然的衝擊:恐龍滅絕的那一天——世界末日的樣子

2020-12-04 老胡說科學

本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽。

6500萬年前,在一次災難性的閃光中,地球永遠地改變了。在沒有任何警告的情況下,一塊山一般大小的巖石瞬間穿透了480公裡的大氣層,撞進了淺海深處的基巖。

當它擊中地面時,釋放出的能量是無法想像的——超過世界上所有核武器爆炸威力的一萬倍,在一個地方,在同一時間點燃。一股熾熱的、吞噬一切的火焰在空中呼嘯而過,綿延數千公裡,烘烤著沿途的任何生物。

衝擊波震動了地球,引發了世界各地的海嘯、山體滑坡和火山噴發。夜幕降臨,氣溫下降。在隨後的黑暗和絕望的歲月裡,地球上四分之三的物種都滅絕了。其中包括恐龍,統治地球1.6億年的偉大生物。

在那個災難性的日子裡撞擊地球的巨大的小行星是一個直徑在11到81公裡之間的怪物。當它在今天墨西哥的尤卡坦半島上空飛過時,它的速度達到了每秒數十公裡。

它是如此之大,移動速度如此之快,以至於它不只是滑入大氣層:它在一瞬間就把今天加勒比海古老的火山島鏈上的所有空氣都吹走了。天空在一陣強烈的憤怒中升起,然後,突然,小行星撞了上來。

在撞擊點,不到100米深的淺海在100秒內蒸發了。衝擊波將周圍巨大的水團炸向高空,引發了四面八方的海嘯。

地殼的橫截面在撞擊後炸開的圖解在一眨眼的時間裡,這次撞擊在海底挖出了一個30公裡深的洞,穿透了這顆行星的上地幔,並立即挖出了一個100多公裡寬的隕石坑。來自撞擊地面和來襲的小行星的粉狀巖石和灰塵被炸到大約40公裡高的空中,穿過了臭氧層,到達了平流層之外。

就在這一瞬間,這顆巨大的小行星突然撞了上來,其能量相當於1億顆原子彈。

但後果才剛剛開始:爆炸產生的可怕衝擊波以7萬公裡/小時,即大約20公裡/秒的速度從「歸零地」輻射出來。當過熱空氣環的直徑擴大,遇到周圍大氣氣團的阻力時,它開始減速。

在10分鐘內,衝擊波傳播了500公裡,風速下降到1000公裡/小時——大約是聲速,但仍然比有記錄以來最猛烈的颶風和旋風快很多倍。一小時後,不斷擴大的「爆炸帶」半徑已達1,000公裡,但風速仍達到前所未有的水平。

科學家們計算出,在今天的美國南部海岸和中美洲大部分地區,風力是如此之強,足以將森林夷為平地,並將1000公裡以外的生物——甚至是大型生物——吹走。向外的爆炸也在「歸零地」上空製造了一個真空:因此,沒過多久,風向就逆轉了,以氣旋般的速度在撞擊地點猛烈反彈。

與此同時,撞擊點處的海水會躍起至少100米高。由撞擊產生的海嘯從遺址附近迅速向非洲、北美和南美海岸蔓延。遺址位於今天的墨西哥海濱城市奇克蘇魯伯附近。

因為當時撞擊點的海水很淺,所以隨後發生的海嘯並不像在深海裡那樣猛烈。然而,當他們到達大陸海岸時,海浪已經有幾十米高了——足以到達內陸幾公裡,衝走森林,淹沒沿途的生物。

歸零地,位於今天墨西哥海濱城市奇克蘇魯伯附近:圖片來源:月球與行星研究所在德克薩斯州的巖石中發現了這些海嘯的化石證據(據估計海浪至少有50米高),汽車大小的巨石被衝上500公裡遠的地方,也就是今天南美洲的貝里斯。

整個星球都會在碰撞後顫抖。大部分的衝擊力被直接轉移到地面——芮氏10到13級的震級,比任何有記錄的地震都要強1000倍。在地球的另一端,尤卡坦半島,也就是今天的澳大利亞西北海岸外的印度洋,海底會掀起巨大的波浪。

來自地球另一端的衝擊的衝擊波穿過地球的巖石表面,匯聚在這裡。據估計,地震所產生的力是1906年舊金山大地震的10倍,撕裂了裂縫,並使熔巖溢出。

希克蘇魯伯撞擊的環境影響(月球與行星研究所)事實上,在地球表面的日子一點也不好。任何能看到撞擊的生物都會立即死亡——而他們將是幸運的。在撞擊點1000公裡範圍內的動植物可能會被捲走,要麼被大火瞬間摧毀,要麼撞上山脈和懸崖,然後又被吸回撞擊地點,要麼被隨後的海嘯淹沒。

在撞擊的中心,一束熾熱的熔融巖石會被高高噴射到大氣中,由於幾秒鐘前小行星的撞擊造成了真空,所以不會受到空氣阻力的阻礙。它的下面和後面是一個由熔融碎片組成的氣泡,溫度高達數千攝氏度。

據估計,近200000公裡的熔巖爆發出天空的影響後不到一分鐘。數十億噸的固體、熔融和蒸發的巖石瞬間被推入高層大氣,速度從地面零點上空的每秒幾公裡到火山口邊緣的每秒數百米不等。

過熱的中心煙羽,或「噴出物」,迅速膨脹起來,並隨著它的弧線越來越高,向地球大氣層的各個方向擴展。隨著它的上升,熔化的巖石接觸到冰冷的太空,迅速冷卻並再次變成固體。

隨著地球引力的作用,這片巨大的、不斷膨脹的巖石和塵埃雲開始回落,並在重新進入大氣層時再次升溫。那就是全球野火開始的時候。

黃石國家公園森林火災世界各地,天空開始亮起來的巨大質量的影響。每平方米約10公斤的物質開始撞擊大氣層的外層,以每分鐘300公裡的平均速度落在地球上不幸的居民身上。

這火熱的重返將釋放一個灼熱的地獄;在幾分鐘內,它釋放出的能量是我們大氣層從太陽接收能量的30倍。幸運的是,當進入的巖石開始燃燒時,大部分熱量會在海拔60至70公裡的高空消散。

這場正在崩塌的大火中只有一小部分會落到地面上,因為大約一半的熱量會輻射到太空中,而輻射回來的那一半熱量必須穿過低層大氣中的氣體。

儘管如此,據估計,每平方米10千瓦的熱能仍然在撞擊後的一小時內到達地表,足以將土壤加熱到400攝氏度。這將會點燃每一個大陸的森林大火,火災將會使環境溫度更高。

一個顯示野火在當時地球地圖上蔓延的動畫;它們是撞擊產生的碎片像雨一樣從大氣層中落下時產生的任何生物怎麼能在這種可怕的情況下生存下來呢?、?科學家認為,雲層覆蓋是造成這種現象的原因之一:、:流星撞擊地球時產生的「熱脈衝」會使雲層蒸發成水蒸氣,而水滴則吸收了大量的熱量。因此,在那個災難性的日子裡,世界上某些地區的雲層覆蓋很厚,生命很可能因此倖免於難。但是那些生活在晴朗天空下的人很可能被活活燒死。

此外,由於這些事件發生時地球仍在繼續旋轉,因此落下的過熱碎片幕不是對稱的。對可能的發展軌跡的分析表明,受影響最嚴重的地區(在北美和中美洲之後)是西部地區:太平洋和亞洲,歐洲和大西洋的大部分地區沒有受到影響。

6500萬年前的那一天,數百萬生物在那場可怕的大災難中喪生。

但在接下來的幾天或幾個月裡,由於漫長的冬季籠罩著地球,數百萬人——包括整個物種——將會消失。撞擊產生的灰塵現在在高層大氣中循環,在黑暗中籠罩地球幾個月,在一年的大部分時間裡處於黃昏狀態。

陽光的急劇減少使植物極度缺乏,足以使許多食物鏈崩潰,並導致海洋浮遊生物大量死亡。

但這還不是全部:最初的衝擊波的熱脈衝和隨後電離的大氣氣體的熾熱流星雨,將它們重新組合成有害的一氧化氮。

這些物質與水蒸氣混合形成硝酸,然後雨點般地落在陸地和海洋上。巖石中的有毒金屬被酸雨的波浪過濾到河流和海洋中。科學家們在當時的土壤中發現了大量砷、硒、鋁和汞的證據。

此外,在尤卡坦半島的底部還埋藏著一層厚厚的硬石膏,這是一種富含硫的礦物。據估計,有1000億噸硫在撞擊時被彈射到空氣中。

據估計,有1000億噸硫磺在撞擊中被彈射到空氣中,造成了劇烈的墜落,地球進入為期十年的寒冬

這些年來,其中一些以酸雨的形式下降,但大部分也在高層大氣中結晶,阻擋了陽光。據估計,即使在撞擊產生的灰塵和全球森林火災產生的煙塵被清除之後,大氣上層的結晶硫仍然足以遮擋80%的陽光。

這可能使地球陷入了長達十年的嚴冬,在陸地上,溫度下降到低至-20°C。許多植物由於沒有足夠的光進行光合作用而開始死亡。以這些植物為食的動物開始挨餓。以垂死的草食動物為食的捕食者一開始飽餐了大量的屍體,但後來他們也開始挨餓。

這對許多物種來說都是難以承受的:75%的物種在隨後的幾年裡消失了,包括90%的浮遊生物物種。有些動物,如恐龍,在數百萬年裡取得了空前的成功——直到它們的運氣耗盡,它們也被帶進了滅絕的道路。

但「大滅絕」更為罕見,在地球46億年的歷史中,曾發生過五次這樣的大滅絕——集中在大量物種消失的時期。上一次物種大滅絕發生在6500萬年前,由於物種滅絕的速度之快而顯得不同尋常。它還以恐龍是我們古代世界無可爭議的巨人而聞名。

地球歷史上的五次大滅絕(CNX OpenStax)恐龍出現在三疊紀初期,大約2.5億年前,而到了侏羅紀時期,也就是4500萬年以後,它們的全盛時期已經覆蓋了地球。但在1.44億年前的白堊紀初期,恐龍開始了漫長而緩慢的衰落,原因至今仍不清楚。

然而,這些壯麗而可怕的生物又統治了這個星球7900萬年……直到一個來自太空的龐然大物的意外到來把它們推到了滅絕的邊緣。

當古生物學家挖掘到相當於6500萬年前的水平時,他們發現了大量蓬鬆的、像煤煙一樣的碳沉積物——是之前記錄的數百倍。毫無疑問,這代表了被燒毀的殘餘森林和數以百萬計的動物。

根據來自世界各地許多地點的證據,化學家們估計撞擊後的熊熊大火吞噬了1000億噸有機物質。據計算,森林和植物只佔「生物量」的一半:其餘的是動物。當然,任何大滅絕都有其負面影響:由於大災難,生活在恐龍陰影下的生物開始統治地球。

來自西班牙東南部的粘土樣品顯示出橙色的「沉降層」,其中含有氧化的富含銥的鐵質層和分散的微鐵雲母球任何體重超過25公斤的物種都很難度過這個難關,任何大型動物都需要大量的食物才能生存。動物越大,自然界中存在的數量就越少,可能會有比暴龍更多的類似於袋貂的生物。因此,如果一個物種的數量很少,一場導致該物種95%死亡的災難會將其推向滅絕。

然而,像負鼠這樣數量眾多的物種在大災難後很容易重新繁衍,因為它們很小,所以它們可以靠更少的食物生存。

在所有陸生物種中,只有不到四分之一的物種在這次撞擊中倖存下來,其中有一半是相對不為人知的哺乳動物。生活在洞穴裡的小型哺乳動物可能在最初的衝擊波中倖存下來,許多可能在全球野火中倖存下來。

大多數人都是機會主義飲食:他們不依賴於特定的食物組,什麼都吃,什麼都吃——種子、根、昆蟲和肉。能夠在子宮裡培育它們的後代,然後長期照顧它們,也有助於確保每一代的存活。

沒有一個體重超過25公斤的物種能在大災難中倖存下來從一個非常真實的意義上說,6500萬年前小行星撞擊地球導致恐龍滅絕,並造成如此多的死亡和破壞,為今天不存在的生物開闢了道路。

大型哺乳動物,如大象、熊、大猩猩和人類,如果象馳龍這樣兇猛的、群體狩獵的、敏捷的刺客倖存下來,可能就沒有機會進化。今天所有活著的哺乳動物——從馬到刺蝟,從海象到袋熊——都是那些在大撞擊中倖存下來的小型哺乳動物的後代。

大多數都是食腐動物和吃水果的。但今天,它們的後代遍布全球各種氣候。除了昆蟲,哺乳動物的分布範圍更廣,適應性比任何其他單一種類的動物都強。

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