作者:佰思科學 沈東旭 邱亞明
引言:
恐龍,是人類社會經久不衰的一個話題。尤其是恐龍的突然滅絕,給這種龐然大物又蒙上了一層神秘的色彩,也成為許多人茶餘飯後的談資與話題。同樣的,科學界一直致力於研究恐龍消失的原因。經過科學家們不懈的努力,到現在為止,可以說整個事件的發展脈絡已經相當清晰,各種證據都被找到,相關影響因子經過了仿真模擬檢驗,得出的結論十分明確。
佰思科學將通過本系列文章,回顧恐龍從被科學家發現到研究其滅絕過程的完整歷史,尤其將近年來最新的科學研究成果,展現給大家。恐龍的滅絕,已經不再是一個千古未解之謎,現在完全可以說是蓋棺定論了。
本系列圖文部分將分成五部分連載,相關視頻在製作中,將後續發布,歡迎大家品鑑。
有科學家認為,恐龍種類的減少,在K-Pg事件發生前就已經開始了,因此恐龍的滅絕是一個漸進的過程。讓我們來探討一下這個課題。
6600萬年前的世界地圖
首先,當時的地球和現在很不一樣。由於地球上板塊的存在,大陸在不停漂移。在2到3億年前,地球上所有的大陸都是連在一起的,被稱作盤古大陸。到了1億7千5百萬年前,盤古大陸開始分裂。等到了白堊紀末期,各個大陸已經基本成型,當然和今天的世界地圖還是有不小的區別。那時候,南北美洲尚未連在一起的,尤卡坦半島也不存在,那裡是一片海洋。而印度是孤零零的一個島,還沒有向北撞向亞洲。
白堊紀時的環境
在恐龍時代,當時的氣候與現在相比差別很大。整個白堊紀時期地球的氣溫很高,極區沒有冰帽,海平面比現在高出100到250米。
白堊紀時的南極大陸
地球各地的氣溫差異不大,極區與赤道地區的氣候相差不到25攝氏度,而現在的溫差是50℃。在阿拉斯加和格陵蘭這樣的高緯度地區,生長著茂盛的植物並有恐龍出沒。南極大陸上,有茂密的森林,恐龍生活在其中。總之,地球的整體溫度較今日暖和得多。
高緯度地區也生活著恐龍
恐龍時代的大氣成分也與現在有很大差別。二氧化碳含量是現時的3到4倍。到了白堊紀末期,地球上的氣溫變得更高,在熱帶和亞熱帶的很多地方,年平均溫度超過30攝氏度。實際上,大規模的火山爆發,雖然會在短時間內遮擋太陽光,讓氣溫降低,但是火山噴發出的二氧化碳等溫室氣體,從長期的角度而言,反而會使得氣溫上升。當時的全球海洋表面平均溫度達到了37攝氏度,比現在高了約20℃。
白堊紀時的海洋
從大約6740萬年開始,德幹火山就開始噴發。到了6610萬年,又開始了一輪猛烈的噴發,在其後的71萬年裡,總計噴出了不少於1百萬立方千米的物質。其中相當大的一部分是在6600萬年之後的3萬年裡噴發出來的。
火山附近的恐龍
不過問題在於,雖然能估計到總的噴發量,但是具體的噴發模式還不清楚,比如火山噴發的次數,每次的劇烈程度等。
白堊紀末期的恐龍化石分布
但不管怎樣,科學家在很多地方都找到了從6610萬年到6600萬年前的各種恐龍化石,甚至在印度,這段時期也仍然有恐龍出沒。換句話說,德幹火山不要說滅絕全世界的恐龍,就算印度自身的恐龍都沒有滅掉。顯然,在撞擊事件發生之前的火山爆發力度,並不足以使恐龍滅絕。
冰雪覆蓋的大陸
科學家進行了計算,就算火山噴出的大量塵埃強烈地遮擋了陽光,造成的氣溫降低,最多也不會降低超過10℃。現在全球平均氣溫在15℃左右,如果降低10℃的話,很多地方的平均溫度要低過0度,絕對算得上是小冰河期了。而相對於當時過於暖和的氣候來說,降低10℃真算不了什麼。
火山氣體有升溫作用
有科學家甚至認為,火山爆發的短期降溫效果,可能都超不過5攝氏度,因為大量溫室氣體的升溫效應還起到了抵消的作用。
誰是罪魁禍首
可以明確的是,當時的火山活動雖然劇烈,但遠不能將恐龍滅絕。那麼下一步需要弄清楚的是,小行星撞擊和火山活動,在恐龍滅絕這件事上,分別起到了多大的貢獻,或者說有多大的罪過呢?
2020年論文中白堊紀末期全球溫度分布模擬 (圖右單位為攝氏度)
在2020年,一篇發表在《美國國家科學院院刊》的科學論文中,討論了德幹火山爆發與恐龍滅絕之間的關係。科學家進行了動態仿真模擬,評估了地球上不同區域,在撞擊後恐龍生存的可能性。
白堊紀末期的溫度分布圖
大家首先看到的,是地球在白堊紀末期的溫度分布圖。顏色越偏紅代表溫度越高,越偏藍代表溫度越低。顯然,地球上大部分地區都很暖和。而德幹火山爆發產生的最嚴重的降溫效果,展現在這裡。大家可以看到,地球整體溫度雖然有所下降,但很多地區還很溫暖。
德幹火山爆發造成的最嚴重降溫情況模擬
這張圖,則是科學家模擬出來的當時恐龍生活的區域。其中越偏紅的區域,則越適合恐龍生活,而越偏藍則不適合恐龍生活。顯然,恐龍適合生活在既不是特別冷又不是特別熱的地方。炎熱的赤道區域,反而不適合恐龍的生存。另外,我們可以注意到,南極大陸地區有大片適合恐龍生存的區域,這也和南極地區出土了恐龍化石相吻合。
白堊紀末期恐龍宜居地模擬 (考慮了德幹火山爆發引起的溫室效應)
在希克蘇魯伯撞擊發生後,碰撞產生的煙塵遮蔽了陽光,科學家估計,太陽光照減少了大約10-20%,造成了全球嚴重降溫,且持續了20到30年才逐漸恢復。
小行星撞擊後地球上最冷三年裡的溫度模擬 (假定光照減少10%及考慮德幹火山爆發)
這次模擬的是假定光照減少10%,並考慮了當時火山爆發情況,在最冷的三年中全球的溫度分布。我們可以看到,全球平均氣溫下降了34.7℃,大部分陸地地區的平均氣溫低於0℃,只有海洋還比較溫暖。換句話說,撞擊後發生了持續的全球性的嚴寒天氣,即所謂的「撞擊冬天」。
撞擊發生後恐龍宜居性分析 (顏色越藍越不宜居)
相應的,恐龍的宜居情況,在這張圖裡得到了表現。我們可以看到,地球上非常適合恐龍生活的紅色區域全部消失了,而這些地方都變成了深藍色,即完全無法適合恐龍生存。
德幹火山不爆發的最冷三年溫度分布情況
如果假設火山不爆發,則全球氣溫下降得更多。這是因為火山爆發排出的二氧化碳等溫室氣體,起到了保溫的作用。
德幹火山不爆發的最冷三年恐龍宜居性
如果考慮最極端的情況,陽光減少了20%,則全球溫度會下降66.8攝氏度。
注意Sc2,光照減少10%的情況,恐龍的宜居區域幾乎為0
前面說過,科學家已經測算出,小行星撞擊造成的太陽光照下降,在10%到20%之間。即便是減少10%,都足以使恐龍滅絕。這說明小行星撞擊作用的下限都已經超過了恐龍們的生存極限。顯然,小行星撞擊造成的漫長冬天,才是恐龍滅絕的決定性因素。而德幹火山的爆發,或許還減緩了希克蘇魯伯撞擊的影響。
撞擊後產生的塵埃降低了光照,才是恐龍滅絕的根本性原因
那麼,這顆小行星又是從哪裡來的呢?
(截止目前,我們已經更新了四部分,我們將在最後一篇分析探討小行星從哪裡來?並模擬當時小行星撞擊地球後的地球生態,請持續關注!)