說(shuō)起恐龍滅絕前的那場(chǎng)小行星撞擊，我們或許會(huì)覺(jué)得那是一場(chǎng)遙遠(yuǎn)的災(zāi)難。但就在一萬(wàn)多年前，人類或許也曾經(jīng)歷過(guò)類似的天災(zāi)。
撰文 | 二七
審校 | Clefable
大約6600萬(wàn)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(shuō)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(lái)的煙霧和塵埃很快覆蓋了地球表面，遮蔽了陽(yáng)光，讓整個(gè)地球迎來(lái)了一段漫長(zhǎng)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(chǎng)撞擊后不久，陽(yáng)光的缺失摧毀了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，地球迎來(lái)了白堊紀(jì)末大滅絕——或者說(shuō)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(niǎo)類恐龍。
你可能會(huì)覺(jué)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(guò)類似的事件，就在一萬(wàn)多年前。
需要說(shuō)明的是，目前對(duì)白堊紀(jì)末大滅絕的原因仍有很多爭(zhēng)議。一般認(rèn)為，?？颂K魯伯小行星撞擊和德干火山爆發(fā)使地球的環(huán)境和氣候發(fā)生了劇變，從而影響了全球的生態(tài)系統(tǒng)。然而這兩個(gè)事件在這場(chǎng)生態(tài)災(zāi)難中扮演了怎樣的角色，學(xué)界至今沒(méi)有達(dá)成一致。（圖片來(lái)源：pixabay）
“厄運(yùn)之花”
故事還要從更新世末期說(shuō)起，地球告別了最近一次冰期（被稱為末次盛冰期，LGM），開(kāi)始緩慢升溫。然而12 900年前，這樣的趨勢(shì)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(zhǎng)達(dá)1300年的寒冬。這場(chǎng)突如其來(lái)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?0年內(nèi)迅速上升了10℃，標(biāo)志著這段漫長(zhǎng)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(kāi)出白色的小花，如今主要生長(zhǎng)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(kāi)遍了整個(gè)北半球。
仙女木開(kāi)出的小白花（圖片來(lái)源：J?rg Hempel/wikipedia）
廣闊的草原上搖曳著白色的小花，聽(tīng)起來(lái)是很美麗的景象。然而對(duì)許多物種，包括人類來(lái)說(shuō)，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(kāi)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。
最左為克洛維斯人獨(dú)特的石質(zhì)工具（圖片來(lái)源：D。 G。 Anderson et al。， 2011）
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(shuō)紛紜。2007年，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)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(cè)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(chǎng)的“?？汀?；同時(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(duì)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(lái)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(lái)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(guò)一場(chǎng)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(jí)的金剛石顆粒。
在黑墊層中發(fā)現(xiàn)的碳質(zhì)球粒（上）和碳質(zhì)玻璃（下）（圖片來(lái)源：R。 B。 Firestone et al。， 2007）
碎裂的小行星
如果說(shuō)2007年的這項(xiàng)研究拉開(kāi)了新仙女木事件撞擊說(shuō)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(wàn)多年前這場(chǎng)事件的全貌。由于內(nèi)容過(guò)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(wàn)多年前那場(chǎng)野火的面積——這場(chǎng)火燃盡了大約7.3%±2.3%的生物質(zhì)，燒毀了近1000萬(wàn)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(chǎng)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(yáng)，給地球帶來(lái)一場(chǎng)千年寒冬。然而還有一個(gè)問(wèn)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(duì)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(chǎng)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。
通古斯大爆炸發(fā)生地點(diǎn)附近倒伏的樹(shù)木（圖片來(lái)源：the Leonid Kulik Expedition）
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?guó)堪薩斯大學(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(cè)，更可能是一顆小行星碎裂開(kāi)，碎片分散撞擊了幾個(gè)大陸。”
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(kāi)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(yáng)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(méi)有結(jié)局的故事
如果說(shuō)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(shuō)，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(guó)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?！?/span>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(lái)直接影響的遺跡。
在文章最后，需要說(shuō)明的是，新仙女木的撞擊假說(shuō)也只是故事的一個(gè)版本。另一個(gè)更為“主流”的假說(shuō)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(lái)揭開(kāi)故事的“真相”。當(dāng)然，更大的可能性是，我們永遠(yuǎn)無(wú)法確定自己有沒(méi)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