裂開的小行星砸向地面，點(diǎn)燃了 10% 的北半球，讓人類遭遇了千年寒冬

大約 6600 萬年前，一顆巨大的小行星撞上了如今墨西哥的尤卡坦半島，引發(fā)了大范圍的野火和海嘯。如果說野火和海嘯影響的范圍都還有限，那么撞擊和野火（或火山）帶來的煙霧和塵埃很快覆蓋了地球表面，遮蔽了陽光，讓整個(gè)地球迎來了一段漫長的冬天。

這顆小行星就是著名的?？颂K魯伯（Chicxulub）小行星。就在這場撞擊后不久，陽光的缺失摧毀了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，地球迎來了白堊紀(jì)末大滅絕 —— 或者說我們俗稱的“恐龍滅絕”：約 76% 的物種從此消失了，其中就包括所有的非鳥類恐龍。

你可能會(huì)覺得，這樣一幅末日景象離我們很遠(yuǎn)。但人類或許也曾經(jīng)歷過類似的事件，就在一萬多年前。

“厄運(yùn)之花”

故事還要從更新世末期說起，地球告別了最近一次冰期（被稱為末次盛冰期，LGM），開始緩慢升溫。然而 12 900 年前，這樣的趨勢突然被打斷了 —— 全球的大部分地區(qū)氣溫驟降，在短短幾十年間，全球平均氣溫可能下降了 6-8℃，地球進(jìn)入了長達(dá) 1300 年的寒冬。這場突如其來的冬季結(jié)束的也很突然：格陵蘭的冰芯記錄顯示，大約 11 700 年前，當(dāng)?shù)貧鉁卦?10 年內(nèi)迅速上升了 10℃，標(biāo)志著這段漫長寒冬的結(jié)束。

這次突然的降溫被稱為“新仙女木事件”，它得名于一種植物 —— 仙女木（Dryas octopetala）。仙女木是一種耐寒不耐熱的植物，會(huì)開出白色的小花，如今主要生長在寒冷的北極地區(qū)。然而在 12 900-11 700 年前，作為大規(guī)模降溫的證據(jù)，這種小白花幾乎開遍了整個(gè)北半球。

廣闊的草原上搖曳著白色的小花，聽起來是很美麗的景象。然而對許多物種，包括人類來說，仙女木更像是一朵“厄運(yùn)之花”。就在同一時(shí)期，北美洲和歐洲的哺乳動(dòng)物明顯衰退，尤其是乳齒象、大地懶等典型的巨型動(dòng)物退出了北美洲。北美洲的克洛維斯文明也就此銷聲匿跡。

在北美洲，有一套很明顯的深色地層，就形成于約 12 900 年前新仙女木事件剛開始的時(shí)候，被稱為“黑墊”（black mat）。在黑墊層下面的地層中（比黑墊層更古老），出土了大量巨型動(dòng)物骨骼化石和屬于克洛維斯文明的獨(dú)特工具，然而在黑墊層以上（比黑墊層更年輕），卻幾乎找不到巨型哺乳動(dòng)物與克洛維斯人的任何痕跡了。

小行星“到此一游”

就和地質(zhì)歷史上幾乎所有氣候變化事件一樣，關(guān)于新仙女木事件的成因眾說紛紜。2007 年，美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室的 R. B. 費(fèi)爾斯通（R. B. Firestone）和同事發(fā)現(xiàn)了一組關(guān)鍵的證據(jù)。他們發(fā)現(xiàn)，北美洲的黑墊層下方還有一個(gè)很薄的沉積層，雖然只有不到 5 厘米厚，但其中布滿了微球粒、納米金剛石顆粒、各種奇怪形態(tài)的碳、木炭和煙粒，微球粒中還檢測到了很高的銥含量。

這些發(fā)現(xiàn)仿佛是遞給地質(zhì)學(xué)家的一條留言 —— 小行星“到此一游”：首先，微球粒本就是隕石撞擊現(xiàn)場的“?？汀保煌瑫r(shí)，銥在地球表面很稀有，因此大量的銥往往指向了地外天體。雖然高銥含量的微球粒還有可能形成于火山噴發(fā)，但研究者進(jìn)一步分析了微球粒的成分，對比已知的各類隕石和形成于火山的微球粒，最終排除了它們來自火山的可能性。

與這些高銥微球粒同時(shí)出現(xiàn)的，還有許多球形的碳和玻璃質(zhì)的碳，這些物質(zhì)與煙粒、木炭共同指向了另一個(gè)來源 —— 野火。在現(xiàn)代的森林大火中，也能觀察到類似的物質(zhì)。因此，研究者懷疑在 12 900 年前，這里曾發(fā)生過一場隕石撞擊，并因此點(diǎn)燃了野火，撞擊和燃燒產(chǎn)生的高溫將大量的有機(jī)質(zhì)燃燒成了碳球、玻璃態(tài)的碳甚至納米級的金剛石顆粒。

碎裂的小行星

如果說 2007 年的這項(xiàng)研究拉開了新仙女木事件撞擊說的序幕，那么 2018 年發(fā)表的一項(xiàng)大型研究就向我們描繪了更為清晰的圖像。由 24 名科學(xué)家組成的團(tuán)隊(duì)，從全球 170 多個(gè)地點(diǎn)采集了冰芯或沉積物樣品，試圖復(fù)原出一萬多年前這場事件的全貌。由于內(nèi)容過多，這項(xiàng)研究分為兩篇論文，同時(shí)發(fā)表在了《地質(zhì)學(xué)雜志》上。

這次，研究者不僅找到了更全面的撞擊和野火證據(jù)，還根據(jù)沉積物中煙粒的濃度，計(jì)算了一萬多年前那場野火的面積 —— 這場火燃盡了大約 7.3%±2.3% 的生物質(zhì)，燒毀了近 1000 萬平方千米的陸地，約占北半球陸地的 10%。相比之下，白堊紀(jì)末大滅絕事件期間燃燒的生物質(zhì)還不到這場大火的三分之一。

根據(jù)計(jì)算，這種規(guī)模的燃燒所產(chǎn)生的煙霧和氣溶膠完全有能力遮蔽太陽，給地球帶來一場千年寒冬。然而還有一個(gè)問題是，小行星撞擊如何引發(fā)這么大規(guī)模的火災(zāi)？

作為對比，100 多年前在西伯利亞發(fā)生的“通古斯大爆炸”曾被認(rèn)為是某個(gè)小行星在地球大氣內(nèi)爆炸導(dǎo)致的，據(jù)估計(jì)，這場爆炸產(chǎn)生的沖擊力接近 200 顆原子彈，影響面積有 2000 平方千米，但點(diǎn)燃的面積只有不到 200 平方千米。如果想要點(diǎn)燃北半球的 10%，所需的能量要大得多，可能要 1000 兆噸 TNT 當(dāng)量。

那么是一個(gè)巨大的小行星撞到了地球嗎？也不太可能，因?yàn)椤耙淮屋^大的小行星撞擊事件，很難形成這樣廣泛散布各地的物質(zhì)沉積?！泵绹八_斯大學(xué)的阿德里安?梅洛特（Adrian Melott）解釋道，他是這項(xiàng)研究的作者之一，“因此我們猜測，更可能是一顆小行星碎裂開，碎片分散撞擊了幾個(gè)大陸?！?/p>

按照計(jì)算，這顆小行星的直徑需要大于 100 千米，大約在進(jìn)入地球軌道后開始解體，碎片與至少 4 個(gè)大陸相撞，或在大陸上空爆炸，釋放的能量引發(fā)了大規(guī)模的野火。當(dāng)大量氣溶膠進(jìn)入平流層后，陽光被大幅遮擋，導(dǎo)致了千余年的“撞擊冬天”。與此同時(shí)，NH4 和 NO3 還有其他生物質(zhì)燃燒的副產(chǎn)品在大氣中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，很可能導(dǎo)致了酸雨。一系列的氣候變化、野火和環(huán)境退化導(dǎo)致了巨型動(dòng)物和人類文明的衰退或轉(zhuǎn)型。

沒有結(jié)局的故事

如果說這些冰芯與沉積層中的指示劑都還是比較間接的證據(jù)，那么 2020 年發(fā)表于《科學(xué)報(bào)告》的一項(xiàng)研究可能提供了更為直接的證據(jù)。

在敘利亞北部的 Aby Hureyra 考古遺址中，考古學(xué)家發(fā)現(xiàn)了大量熔化后有重新凝結(jié)的金屬顆粒和玻璃態(tài)物質(zhì)，其中包括熔點(diǎn)在 1768℃的鉑和熔點(diǎn)在 2466℃的銥。也就是說，當(dāng)時(shí)周圍的大氣溫度甚至可能達(dá)到了近 2500℃。

研究的作者之一，美國加州大學(xué)圣芭芭拉分校的地質(zhì)學(xué)家詹姆斯?肯尼特（James Kennett）表示：“在這樣高的溫度里，一輛車可以在不到一分鐘之內(nèi)完全熔化?！?/strong>他們認(rèn)為，這種能量強(qiáng)度只能由瞬間的高能量現(xiàn)象造成 —— 很可能就是小行星撞擊事件的結(jié)果。如果真的如此，那這里可能就是第一個(gè)記錄了小行星碎片給人類居住區(qū)帶來直接影響的遺跡。

在文章最后，需要說明的是，新仙女木的撞擊假說也只是故事的一個(gè)版本。另一個(gè)更為“主流”的假說認(rèn)為是北半球的冰蓋迅速融化，導(dǎo)致海洋的溫鹽環(huán)流放緩，從而改變了全球氣候。同樣，也有許多證據(jù)指向了這個(gè)版本的故事。

或許就和恐龍滅絕一樣，我們只能等待更多的證據(jù)出現(xiàn)，來揭開故事的“真相”。當(dāng)然，更大的可能性是，我們永遠(yuǎn)無法確定自己有沒有找到那個(gè)“正確的”答案。

相關(guān)論文：

• https://www.journals.uchicago.edu/doi/10.1086/695703#_i31

• https://www.journals.uchicago.edu/doi/full/10.1086/695704

• https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.0706977104#F3

• https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1040618211002333

• https://www.nature.com/articles/s41598-020-60867-w

本文來自微信公眾號：環(huán)球科學(xué) （ID：huanqiukexue），撰文：二七 ，審校：Clefable

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