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恐龍滅絕前經歷什麼?研究揭地球遭撞擊後塵埃蔽日 近2年無光合作用

2023/10/31 12:52(11/1 02:11 更新)
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6600萬年前小行星撞擊墨西哥尤加丹半島,研究顯示撞擊後灰塵讓陸地植物620天無法光合作用,引發物種滅絕連鎖反應。(Mark A. Garlick/Handout via 路透社)
6600萬年前小行星撞擊墨西哥尤加丹半島,研究顯示撞擊後灰塵讓陸地植物620天無法光合作用,引發物種滅絕連鎖反應。(Mark A. Garlick/Handout via 路透社)
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(中央社華盛頓30日綜合外電報導)6600萬年前小行星撞擊墨西哥尤加丹半島的「希克蘇魯伯撞擊」消滅地球3/4物種並終結恐龍時代。研究顯示撞擊後灰塵讓陸地植物620天無法光合作用,4年後才有陽光透入。

小行星撞擊區周圍野火四起、一陣天搖地動、空中出現震波、海面掀起滔天巨浪。然而對許多物種造成致命一擊的是撞擊後引發數年的氣候災難,當時天空因塵埃蔽日而淪為暗夜,氣溫也直線下降。

紐約時報與路透社報導,「自然地球科學」(Nature Geoscience)今天刊出一份研究指出,星體撞擊後微米(micrometer,百萬分之一公尺)大小的矽酸鹽塵埃在大氣停留達15年之久,導致全球嚴寒;希克蘇魯伯撞擊事件後兩週內,地表的所有光合作用恐完全停止。

這份由9位學者掛名的研究,揭開從撞擊點四散到大氣中的碎石塵埃,在導致物種滅絕、阻礙植物光合作用上所扮的重要作用。據他們統計,小行星撞擊地球揚起的塵埃量達2兆噸,超過聖母峰(Mount Everest)重量的11倍。

美國北達科他州(North Dakota)的古生物遺址塔尼斯(Tanis)保存有小行星撞擊地球的證據,包括大量星體撞擊後的落塵,研究人員這次根據此地的沉積物作史前氣候模擬。

比利時皇家天文台(Royal Observatory of Belgium)與布魯塞爾自由大學(Vrije Universiteit Brussel)的行星科學家塞內爾(Cem Berk Senel)是這份最新研究的主要作者。他說模擬結果顯示,塵埃讓陽光無法穿透大氣層,阻礙植物行光合作用近兩年,並滯留在大氣中15年。

地球6600萬年前遭小行星撞擊後,數天內就遭矽酸鹽粒子覆蓋。(Cem Berk Senel/Handout via 路透社)
地球6600萬年前遭小行星撞擊後,數天內就遭矽酸鹽粒子覆蓋。(Cem Berk Senel/Handout via 路透社)

先前類似研究都著重於小行星撞擊地球後釋放的硫磺及野火延燒產生的煤煙,但這次的研究指出,撞擊後灰塵所扮角色比先前所知更重。

撞擊塵埃為0.8到8.0微米大小的矽酸鹽粒子,是小行星在尤加丹半島(Yucatan Peninsula)撞出寬180公里、深20公里希克蘇魯伯隕石坑(Chicxulub Crater)時,自粉碎花崗岩與片麻岩噴散的微粒,形成覆蓋大氣的塵埃雲,讓地表氣溫驟降約攝氏15度。

有別於硫磺與煤煙能較快隨時間散去,這層厚度比一束頭髮還薄的塵埃雲卻牢牢附著於大氣至少15年,影響氣候至鉅。

塞內爾指出,小行星撞擊後全球的光合作用在兩週內被打斷,陸地植物620天無法行光合作用,4年後大氣才逐步澄淨,讓植物接觸到陽光。

布魯塞爾自由大學行星科學家、這份研究的共同執筆人克雷伊(Philippe Claeys)說:「地球進入灰暗的寒冷天氣多年。」

地球陷入「撞擊冬季」(impact winter)時期,全球氣溫驟降,食物鏈初級的植物和其他微生物失去無機物食源而崩解,引發物種滅絕連鎖反應。隨植物枯死,草食性動物餓死,肉食性動物也因沒獵物可覓食而死去。海洋裡的藻類死亡也導致食物網破裂。

同為這份研究共同執筆人的比利時皇家天文台行星科學家卡拉德金(Ozgur Karatekin)說:「小行星撞擊地球後,硫磺滯留約8到9年,煤煙與矽酸鹽星塵在大氣中約15年。地球擺脫撞擊冬季回復正常需更長時間,氣溫是在約20年後才恢復到撞擊前狀態。」

撞擊的小行星寬約10到15公里,導致白堊紀以災難方式結束。除恐龍後代鳥類外,當時絕大多數主宰陸、海的恐龍與海洋爬蟲類,乃至許多其他物種均滅絕,最大受益者是哺乳類動物。哺乳類當時在生命舞台只是小配角,但之後主宰地球。

卡拉德金說:「無法在灰暗、寒冷且缺乏食物情況下生存近兩年的生物群遭遇大規模滅絕。能透過種子、生物囊胞等形式或躲在地洞休眠的動、植物種,可適應廣泛生活型態且不仰賴特定食物來源者,通常較易倖存,一如小型哺乳類動物。」

如果沒有這場災難,恐龍可能直到今日仍主宰地球。

撞擊星塵蔽日使光合作用中斷多年致使物種大滅絕的理論,最早是1980年代科學家阿爾瓦雷茲父子(Luis and Walter Alvarez)所提出,但這類理論始終存有爭議,因無論是當年阿爾瓦雷茲父子或這回的最新研究,都無法完全解釋何以能有海洋植物倖存。

塞內爾博士和這份研究另一共同作者、地質學家卡斯克斯(Pim Kaskes)表示,電腦模擬顯示北半球和南半球間的氣候活動存在細微差異,需結合更多地點的撞擊塵研究才能得出更全面的結論。

卡斯克斯說:「這也是我們想釐清之處,也許有些地方受星體撞擊的影響較小、各地受到的影響性有所差異,解釋何以有些物種得以倖存。我想這次的研究只是一個開端。」(譯者:張曉雯、陳亦偉)1121031

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