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最近几年灾难频繁发生,地震、海啸、大干旱。尤其是在中国发生的两次地震破坏极大,让人们开始疑神疑鬼,配合好莱坞“科幻大片”《2012》,许多人真的觉得大灾难即将临头,也许是2012,也许是不远的将来的另一个年份。甚至连牛顿研究圣经得出的数字2060再次被人们翻出来炒冷饭。

从很长的时间尺度上来看,大灾难,大到和六千五百万前使得恐龙彻底灭绝的那场叫K-T灭绝事件(白垩纪第三纪物种灭绝)一样的灾难在未来都有可能,那时可能是《2012》中的大洪水淹没整个地球,也可能是核冬天的降临,也可能是火山爆发引起的玄武岩熔浆的大面积覆盖,特别是最后一项,地球上至少发生过11次。

物种灭绝自地球上存在生物以来发生过很多次,有规模大的,也有规模小的。最大的物种灭绝有五次。上一次,六千五百万年前,白垩纪末,恐龙灭绝,75%物种灭绝,但恐龙的灭绝给哺乳动物的发展带来了机会;再上一次,两亿五百万年前,三叠纪到侏罗纪之间,48%属灭绝,包括祖龙和兽孔目,大多数两栖动物灭亡,而恐龙得到发展的空间;两亿五千一百万年前,二叠纪-三叠纪灭绝事件,这是最大的一次灭绝事件,又叫大灭绝,83%属灭绝,含有脊椎动物、昆虫和植物;三亿七千万年前,晚期泥盆纪灭绝事件,70%种灭绝,可能持续了两千万年;四亿五千万年前,奥陶纪和志留纪灭绝事件,57%属灭绝。

对我们来说,最有名的灭绝事件是白垩纪第三纪物种灭绝,这次物种灭绝和人类最终出现有直接关系。恐龙完全消失,哺乳动物得以大发展。所以,物种灭绝看上去非常可怕,却也是生物进化的重要条件之一。地质上,在白垩纪与第三纪的地层之间,有一层含铱的黏土层叫K-T界线,恐龙的化石只能在这个界线的下面发现。这次灭绝事件很可能是彗星和小行星撞击地球引起的,也可能是长时间的火山爆发引起的,或者两者并存,前者是引起后者发生的原因。小行星撞击使得大量灰尘进入大气层,降低植物的光合作用,改变地球的生态环境和食物链。杂食性、食虫性以及食腐动物在这次灭绝事件中存活多,说明它们较少受到食物链被破坏的影响。在这次事件发生之前,哺乳类动物体型大多很小,接近老鼠的大小,这是他们得以存活的原因之一。

五次大规模物种灭绝中的最大的一次是二叠纪-三叠纪灭绝事件,地球上70%的陆地脊椎动物消失,96%海洋生物消失,昆虫大量灭绝。造成这次超大规模灭绝的原因可能是缺氧。导致事件发生还是小行星撞击地球或连续火山爆发,或海平面变化。

前面已经谈到一起物种灭绝事件的一些原因。还有更多的理论。将所有这些理论归纳一下,计有:1、熔岩洪大面积覆盖地球表面,这在地球的历史上确实发生过,这会引起食物链的崩溃,二氧化碳的产生会引起全球变暖;2、海平面发生变化,海退会造成大陆架的部分消失,使得栖息在大陆架上的海洋生物消失,海退也会造成气候变迁,使得全球气温上升,有证据 表明五次大规模灭绝事件中存在海退;3、彗星和小行星撞击地球,撞击的后果引起火山爆发,酸雨,森林大火,所有这些都会导致食物链崩溃,大多数古生物学家同意白垩纪第三纪物种灭绝中一颗小行星撞击了地球;4、长期的全球变冷或全球变暖;5、银河系中的超新星或伽玛暴爆发,这些天体的能量极大,如果爆发发生在银河系内,完全改变地球上的温度,破坏臭氧层,例如,一颗六千光年以内的伽玛暴的辐射足以做到这一点。还有很多其他可能,就不一一列举了。

物理学家对毁灭原因的研究做了很多贡献。例如,诺贝尔物理学奖获得者路易斯•沃尔特•阿尔瓦雷茨(因发现很多基本粒子共振态获奖)和他的儿子以及其他一些物理学家研究了KT地层,发现铱的含量超过正常标准,类似铱这些元素叫亲铁元素,大部分沉入地核。为什么在KT地层中铱的含量如此丰富?他们推测,在一亿六千万年前,一颗直径160公里的叫巴普提斯蒂娜小行星被另一颗小行星撞碎,一些碎片进入地球公转轨道,其中一个直径十公里的碎片在六千五百万年前撞击了墨西哥犹加敦半岛,形成希克苏鲁伯陨石坑。

这次撞击造成大量灰尘进入大气层,遮蔽阳光达一年之久,接下来的一系列后果导致植物消失,使得食草类动物和掠食性动物灭亡。

另一组物理学家,包括Piet Hut,Marc Davis觉得,最近十次物种灭绝明显带有周期性,周期是两千六百万年。他们提出一种叫死亡之星的理论,在该理论中,太阳有一颗遥远的伴星,叫Nemesis(希腊复仇女神的名字)。这颗伴星距离太阳大约一光年远,这个距离和太阳系中的彗星云最远的距离差不多。伴星围绕太阳运动,周期大约是两千六百万年。每当这颗伴星运行到它的近日点时,由于引力的作用,彗星云受到很大影响,一些彗星和小行星进入内行星系统,造成撞击地球事件大量增加。

死亡之星理论得到一定程度证据支持,例如过去四亿年内月球环形山的形成率似乎支持这个理论。这个理论也遭到理论上的挑战,例如,如果它的轨道有一光年之大,那么轨道一定受到附近的恒星的影响变成不稳定,或者轨道的周期性出现问题。但数值计算表明没有这些问题。

物种毁灭事件的地理、气候原因也许是复杂的,但背后肯定会有令人惊奇的物理或天文学原因。

(《环球科学》专栏,勿转)
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李淼

李淼

341篇文章 6年前更新

男,1962年10月出生。中山大学天文与空间科学研究院院长,研究方向包括超弦理论、量子引力等。 1982年毕业于北京大学物理系,1984年在中国科技大学获理学硕士学位,1988年在该校获博士学位。1989年赴丹麦哥本哈根大学波尔研究所学习,1990年获哲学博士学位。1990年起先后在美Santa Barbara加州大学、布朗大学任研究助理、助理教授,1996年在芝加哥大学费米研究所任高级研究员。

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