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科学研讨者或开掘记录恐龙灭绝须臾间的化石遗

时间:2019-06-11 17:25来源:科学
撰文:MICHAEL GRESHKO 6600万年前的白垩纪,一颗直径至少10公里的巨大小行星,呼啸着冲破地球大气层,撞击在墨西哥的尤卡坦半岛上,整个地球为之震动,烈焰和冲击波摧毁了数千公里内

撰文:MICHAEL GRESHKO

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6600万年前的白垩纪,一颗直径至少10公里的巨大小行星,呼啸着冲破地球大气层,撞击在墨西哥的尤卡坦半岛上,整个地球为之震动,烈焰和冲击波摧毁了数千公里内的一切,冲入大气层的烟尘则让整个地球进入了核冬天,动植物纷纷死亡,统治地球达1.7亿年的恐龙也就此灭绝,让出了地球霸主的地位。

6600万年前的白垩纪,一颗直径至少10公里的巨大小行星,呼啸着冲破地球大气层,撞击在墨西哥的尤卡坦半岛上,整个地球为之震动,烈焰和冲击波摧毁了数千公里内的一切,冲入大气层的烟尘则让整个地球进入了核冬天,动植物纷纷死亡,统治地球达1.7亿年的恐龙也就此灭绝,让出了地球霸主的地位。

在美国的西部地区,名为地狱溪地层的岩层保存了恐龙时代的最后一千年的地质记录。在北达科塔州地狱溪地层附近一个叫塔尼斯的遗址中,可能保存着6600万年前小行星撞击地球后几分钟到几小时内沉降的沉积物。

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摄影:DANITA DELIMONT / ALAMY STOCK PHOTO

这个已由无数研究证实的撞击事件,在科学界已基本没有争议了,当然,科学家们还不能完全确定的是,小行星撞击就是离我们最近这次生命大灭绝事件的唯一原因。因为你可能会问这样一个问题,既然一颗小行星撞击了地球,难道我们不应该看到被小行星杀死的动物遗骸吗?

这个已由无数研究证实的撞击事件,在科学界已基本没有争议了,当然,科学家们还不能完全确定的是,小行星撞击就是离我们最近这次生命大灭绝事件的唯一原因。因为你可能会问这样一个问题,既然一颗小行星撞击了地球,难道我们不应该看到被小行星杀死的动物遗骸吗?

6600万年前,一颗直径约10公里的小行星撞击地球,仅仅数分钟后,一场由小玻璃珠组成的冰雹像雨点一样降落在如今的北达科他州的一个入海口。撞击导致的地震波激起大量河水,把许多植物和动物混合后又埋葬在沉积物中,然后将其保存了下来。

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现在,研究人员在发表于《美国国家科学院院刊》上的一篇研究中表示,这个遗址记录下了恐龙的灭绝瞬间,给我们留下了那一刻的罕见快照。之前研究者在其他地方也发现过大量记录这一时刻的化石,这一地质记录又被称为K-Pg边界。不过,这个位于北达科他州的遗址可能代表了受这场灾难影响的整个生态系统。

现在是对这个问题做出回答的时候了,美国堪萨斯大学罗伯特·德帕尔玛领导的一项研究,在北达科他州发现了白垩纪最后一刻的死难动物化石群,为我们锁定了小行星撞击地球的直接证据,或许将成为本世纪最重要的考古科学发现,及最壮观的古生物学发现。

现在是对这个问题做出回答的时候了,美国堪萨斯大学罗伯特·德帕尔玛领导的一项研究,在北达科他州发现了白垩纪最后一刻的死难动物化石群,为我们锁定了小行星撞击地球的直接证据,或许将成为本世纪最重要的考古科学发现,及最壮观的古生物学发现。

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研究负责人Robert DePalma在塔尼斯遗址进行实地研究。

希克苏鲁伯陨石坑的重力异常

希克苏鲁伯陨石坑的重力异常

供图:ROBERT DEPALMA

当一颗巨大的陨石撞击地球时,由于撞击的高压高温,会形成冲击石英、重力异常、玻璃陨石等地质证据,尤卡坦半岛的希克苏鲁伯陨石坑具备了所有这一切。在全球各地,6600万年前的地层里也发现了一层大约6毫米厚的粘土层,里面铱金属含量超过正常值300到500倍。由于铱金属在地球形成初期就沉入了地心,地球上的铱主要来源于落在地球上的宇宙尘埃,它们在地层里的分布应该是均匀的。这就意味着这层铱含量远远超过正常值的粘土是骤然落到地球表面的,是陨石撞击地球将铱金属通过尘埃扩散到地球各地的直接证据,这条白色的粘土层因而被称为KT界限,即白垩纪-古近纪分界线。

当一颗巨大的陨石撞击地球时,由于撞击的高压高温,会形成冲击石英、重力异常、玻璃陨石等地质证据,尤卡坦半岛的希克苏鲁伯陨石坑具备了所有这一切。在全球各地,6600万年前的地层里也发现了一层大约6毫米厚的粘土层,里面铱金属含量超过正常值300到500倍。由于铱金属在地球形成初期就沉入了地心,地球上的铱主要来源于落在地球上的宇宙尘埃,它们在地层里的分布应该是均匀的。这就意味着这层铱含量远远超过正常值的粘土是骤然落到地球表面的,是陨石撞击地球将铱金属通过尘埃扩散到地球各地的直接证据,这条白色的粘土层因而被称为KT界限,即白垩纪-古近纪分界线。

“从本质上说,我们在那里发现的相当于撞击后第一时间的地质高速胶片,”研究的主要作者、堪萨斯大学的博士生、棕榈滩自然历史博物馆的馆长Robert DePalma说。

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“看到受到白垩纪末期的真实事件影响的生物真的令人感到震撼,”研究合作者、曼彻斯特大学的古生物学家Philip Manning补充道。

白垩纪-古近纪分界线

白垩纪-古近纪分界线

上周五,《纽约客》杂志发表了一篇描述该遗址的专题文章,有些地方比新研究描述的更详细。据DePalma称,这篇发表于PNAS的新论文只是系列研究的第一篇,这些研究将仔细描述这一惊人发现的细节。

研究人员在位于北达科他州西南部地狱溪地层的塔尼斯遗址发现了两个沉积层,都含有过量的铱,但只有下面一层含有似乎是由一种内陆移动力量(inland-moving force)沉积下来的玻璃碎片。这意味着科学家们正在观察的是两个事件:上面一层是撞击后沉降的尘埃,而下面一层则是撞击后数小时内形成的大量沉积物。

研究人员在位于北达科他州西南部地狱溪地层的塔尼斯遗址发现了两个沉积层,都含有过量的铱,但只有下面一层含有似乎是由一种内陆移动力量(inland-moving force)沉积下来的玻璃碎片。这意味着科学家们正在观察的是两个事件:上面一层是撞击后沉降的尘埃,而下面一层则是撞击后数小时内形成的大量沉积物。

因此,目前公布的数据究竟揭示了什么呢?对于古生物学家来说,这个遗址还有什么意义呢?下面我们就带您详细了解一下。。

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玻璃雨

塔尼斯岩层里的淡水鱼和菊石化石

塔尼斯岩层里的淡水鱼和菊石化石

新发现的遗址位于地狱溪地层一小块露出地面的私人牧场上,得名于“失落的”埃及古城“塔尼斯”。地狱溪是一系列岩层,记录了恐龙灭绝之前的数十万年的地质历史。

最关键的是,在白垩纪晚期,这里是海洋和内陆交汇的地方,所以生活着一些淡水鱼,比如白鲟和鲟鱼,以及一种被称为菊石的海洋软体动物,它们都留在了地层里形成了化石。同时埋在地层里的,还有三角龙、鸭嘴龙的碎片,以及烧焦的树枝、树干等。而就在鲟鱼化石的鳃里,科学家们发现了很多玻璃小球。

最关键的是,在白垩纪晚期,这里是海洋和内陆交汇的地方,所以生活着一些淡水鱼,比如白鲟和鲟鱼,以及一种被称为菊石的海洋软体动物,它们都留在了地层里形成了化石。同时埋在地层里的,还有三角龙、鸭嘴龙的碎片,以及烧焦的树枝、树干等。而就在鲟鱼化石的鳃里,科学家们发现了很多玻璃小球。

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在塔尼斯遗址的一次探索期间,研究负责人Robert DePalma使用显微镜检查一个冲击喷出物,研究合作者Mark Richards在一旁观看。

这个场景已经清晰地浮现在我们眼前了,小行星撞击尤卡坦半岛后,地震波在10分钟内到达了3050公里外的塔尼斯,剧烈地摇晃着当地的水体;紧接着在一个小时之内,炙热的碎片包括这些细小的玻璃陨石,像下雨一样落在了塔尼斯,引燃了当地的树木;鲟鱼们在最后一次呼吸中大量吸入了这些玻璃碎片,之后就再也没有醒来,被随之而来的海啸卷起的沉积物掩埋,直到今天才重见天日。

这个场景已经清晰地浮现在我们眼前了,小行星撞击尤卡坦半岛后,地震波在10分钟内到达了3050公里外的塔尼斯,剧烈地摇晃着当地的水体;紧接着在一个小时之内,炙热的碎片包括这些细小的玻璃陨石,像下雨一样落在了塔尼斯,引燃了当地的树木;鲟鱼们在最后一次呼吸中大量吸入了这些玻璃碎片,之后就再也没有醒来,被随之而来的海啸卷起的沉积物掩埋,直到今天才重见天日。

供图:ROBERT DEPALMA

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DePalma最初是通过一位化石商熟人得知这个遗址的,这位化石商在那里进行了勘探,几乎没发现能卖到高价的化石。根据化石中的鱼类,化石商认为这个遗址是一个池塘沉积层,形成于K-Pg边界之前的数万年。不过,随着DePalma对这个遗址不断进行调查,他发现许多地方需要重新考虑。如果这个地方实际上是一个河谷的低洼区域呢?

淡水鱼鳃里的玻璃小球

淡水鱼鳃里的玻璃小球

就像论文描述的一样,DePalma在塔尼斯遗址的沉积物中发现了K-Pg撞击的迹象,其中包括在撞击的巨大压力下震碎的石英碎片,以及大量撞击碎片。

这生动的一幕再次还原了白垩纪灭绝地球上大部分动植物的这场巨大的小行星撞击灾难,让我们对小行星撞击地球的破坏力和影响有了更深刻的认识。灾难已经过去了6600万年,撞击那一刻的证据,或者说快照终究还是锁定在生物体的化石中了。

这生动的一幕再次还原了白垩纪灭绝地球上大部分动植物的这场巨大的小行星撞击灾难,让我们对小行星撞击地球的破坏力和影响有了更深刻的认识。灾难已经过去了6600万年,撞击那一刻的证据,或者说快照终究还是锁定在生物体的化石中了。

小行星撞击地球后,在地壳上撕开了一个约80公里宽、29公里深的大洞,同时导致大量熔融的岩石以惊人的速度向上和向外飞溅。在大气层的高处,这些碎片凝聚成微小的玻璃球,其中许多不足一毫米宽。在撞击大约15分钟后,这些被称为玻陨石的微粒像暴雨一样开始下落,一直持续了75分钟。

这项研究下周一将发表在《美国国家科学院院刊》上。

这项研究下周一将发表在《美国国家科学院院刊》上。

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塔尼斯遗址富含大量保存完好的鱼类化石,这些鱼类纠缠在一起,保持了三维形态。

供图:ROBERT DEPALMA

在许多K-Pg遗址,玻陨石构成了一个不连续的地层,但塔尼斯遗址则不是如此。该遗址的许多沉积层中都充满玻陨石,研究人员认为这是玻陨石在沉降过程中有水来回晃动的迹象。在变成琥珀化石之前,塔尼斯遗址的树脂捕获了一些玻陨石。DePalma的研究小组甚至声称,波陨石着陆后在沉积层上留下了0.6米深的洞,他们在洞里发现了一颗玻陨石。大量鱼类被冲击到陆地上后立刻被埋了起来,其保存完好的躯体还包含充满撞击碎片的鳃部。

“塔尼斯遗址基本上把最稀有、最不具代表性的东西储存在了岩层中,让我们可以研究几十年,这甚至不包括撞击的场景,” DePalma说道。

“我的确是带着怀疑的眼光来看待这个问题的,不过说实话,读完这篇论文后,我个人很难找到另一种解释,” 皇家卑诗博物馆的古生物学馆长Victoria Arbour说,他没有参与这项研究。

Ken Lacovara是罗文大学的古生物学者,没有参与这项研究,他指出,世界上有350多个保存着K-Pg边界的遗址,其中一些遗址还出产化石。1987年,古生物学家在波兰中部的一个K-Pg遗址发现了鲨鱼牙齿和蛤壳。2013年,丹麦的研究人员在小行星撞击后沉降的粘土中发现了单独的鲨鱼牙齿。不过,Manning和其它近距离观察过这些化石的研究人员强调,塔尼斯遗址是独一无二的。

“这实在是令人难以置信,我从来没有见过这样的东西,而塔尼斯遗址竟然发现了大量类似的化石!” 佛罗里达州立大学的古生物学者Greg Erickson说道,他没有参与新研究,不过数周前参观DePalma的实验室时亲眼看到了这些鱼类化石。

地震晃动

尽管DePalma和同事将塔尼斯遗址解释为一个河谷的入海口,但这里发现了一些通常生活在海洋中的生物的迹象。新研究发现了一些海生化石碎片,其中包括古鲨鱼的牙齿,一种叫做沧龙的水生爬行动物,以及一种叫做菊石的已灭绝软体动物。DePalma和其团队认为,之所以会同时出现陆地动物和海洋动物,是因为来自内海的水突然冲入了河流的上游,将河中的生物冲到了塔尼斯的河岸上。

“塔尼斯遗址竟然发现了菊石化石,这的确非常奇怪……这就像把一条鱿鱼放入上波托马克河一样,”史密森尼国家自然历史博物馆的馆长、地狱溪地层专家Kirk Johnson说。如果沧龙的牙齿被证实与该遗址的其他化石属于同一时代,那么这可能是迄今为止发现的最年幼的沧龙的牙齿。

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塔尼斯沉积层的横截面展示了两个浪涌脉冲和一些动物化石的地层。

供图:ROBERT DEPALMA

塔尼斯遗址的沉积物还表明,一股突如其来的水流将其完全淹没。研究人员最初认为这次洪水是撞击引起的海啸冲向西部内陆海道造成的,但时间对不上:海啸需要8到16个小时才能到达塔尼斯遗址,而该遗址的晃动则出现在地震发生后的第一个小时内。西部内陆海道是恐龙时代的一片水域,从墨西哥湾一直延伸到北美西北部。

相反,研究小组认为,这次洪水实际上是小行星撞击触发的10到11级地震导致的洪水。就像电影《侏罗纪公园》里霸王龙行走时震动了每一杯水一样,小行星的撞击也会产生类似的地震波,足以让世界各地的水体溅起水花。

不同凡响的发现

到目前为止,许多地质学家和古生物学家都对这项研究有关小行星撞击地球的发现表示认可。

“这是一项杰出的研究,研究的吸引人之处在于研究结果与我们预期的一样:巨大的岩石撞击地球,灾难临头,”加州大学伯克利分校的地球年代学者Paul Renne说道,他研究过白垩纪末期的具体时间。

不过,《国家地理》杂志联系了一些没有参与该研究的古生物学者,几乎每一位都对新发现提出了一些担忧。早在2013年和2016年,DePalma曾在学术会议上汇报了研究的初步结果,当时一些研究人员对他的说法非常震惊,他们想知道这个遗址是否真的如此完美。

DePalma的一些早期研究也让人怀疑,其中包括一个备受瞩目的错误。2015年,DePalma公布了一种名为Dakotaraptor的新恐龙物种,但2016年Arbour的一项研究表明,DePalma无意间将海龟化石放入了Dakotaraptor的重建骨架。尽管如此,DePalma的同事们还是极力为他关于塔尼斯遗址的研究辩护。

“任何人都可能在某个时刻犯错,他做了一项了不起的研究。”Manning说道。

其他研究者还对DePalma的研究缺乏可见性表示担忧。《纽约客》的报道发表于这篇研究及其69页的补充研究正式发表的前几天。《国家地理》获得了这两份文件,并将其发送给外部研究人员,请他们做出评论。

据《纽约客》报道,塔尼斯遗址富含大量化石,其中包括牙齿、骨头和几乎所有发现于地狱溪地层的恐龙物种的幼崽遗骸。这篇文章还报道,研究者在塔尼斯遗址发现了可能来自恐龙、翼龙的羽毛化石,长达0.3米,此外还有某种未孵化的蛋化石,里面有保存完好的胚胎。

不过,DePalma的研究没有提到这些细节。DePalma的主要研究没有提到恐龙的骨头,补充研究只突出强调了一块来自诸如三角龙这样的角龙的髋骨碎片,研究者发现髋骨碎片可能与“相关的组织有关”。(《纽约客》称,一块手提箱大小的皮肤化石附着在骨头碎片上。)

“奇怪的是,在过去的六年里,DePalma一直非常夸张和神秘,” 史密森尼国家自然历史博物馆的Johnson说,《纽约客》的那篇文章也对他进行了采访。“这篇论文很好,的确很重要,我们将其与《纽约客》的那篇文章进行了对比,后者介绍了更多的细节,提出了更多观点。这让我们都略感不安。”

Steve Brusatte爱丁堡大学的古生物学家、国家地理杂志授权人,他也表达了自己的震惊:“现在,我的问题比答案还要多……这似乎很奇怪。”

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为了核实新研究的假设,古生物学家表示,DePalma必须放宽其它研究者对遗址和化石材料的访问权限。

科学 ,在从地面上移除一块化石板之前,研究负责人Robert DePalma和现场助理Kylie Ruble使用石膏夹将其固定。

供图:ROBERT DEPALMA

“在这种情况下,不同凡响的发现需要不同凡响的证据,”加州大学伯克利分校的古生物学家Kevin Padian说。

“如果我处于DePalma的处境,我需要穿上我的科学盔甲,准备好接受大量的批评,我认为这没什么大不了的,”Arbour补充道。“科学的本质应该是让人们用不同的视角和不同的方法来研究这个问题。”

DePalma说,这项新研究本应该是对一份针对塔尼斯遗址地质情况的初步介绍,而不是完整的描述,目前研究小组正在撰写后续研究。此外,博物馆正在着手收藏发掘的化石,因而可将其用于更广泛的研究。例如,角龙的骨头目前收藏于佛罗里达大西洋大学。

研究人员补充说,他们已经与牧场主人就如何最好地为后代保护塔尼斯遗址进行了初步讨论。与此同时,塔尼斯遗址将继续向全世界展示自己的秘密。

“事实上,在挖掘过程中,几乎每一天他们都看到了一些以前从未见过的东西,”研究合作者Mark Richards说,他之前曾在加州大学伯克利分校担任地球物理学者,2017年拜访过这个遗址。“实际上,在古生物学发掘现场连续几天或几个月找不到任何有趣的东西很常见,而DePalma几乎是每小时都能发现新的化石。这的确令人难以置信。”

来源:国家地理中文网

编辑:科学 本文来源:科学研讨者或开掘记录恐龙灭绝须臾间的化石遗

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