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于正恐龙是为什么灭绝的?

2020-11-25 15:46电商 人已围观

简介灭绝从来不是独立或者一瞬间的事情。而是因为某一个诱因而造成的持续几十万年到几百万年的一个连锁反应的过程。地球生物演化史的五次大灭绝事件,虽然各自所遭遇的原因各不相...

于正恐龙是为什么灭绝的?

  灭绝从来不是独立或者一瞬间的事情。而是因为某一个诱因而造成的持续几十万年到几百万年的一个连锁反应的过程。

  地球生物演化史的五次大灭绝事件,虽然各自所遭遇的原因各不相同,但带来的全球效应却惊人的相似:大灾难发生》大气受到影响》气温急剧变化》海水或冰冻或酸化》食物链最底层的藻类等微生物大量死亡或绝灭》饥荒顺着食物链向上蔓延》饥荒导致物种自相残杀加速灭亡。

  恐龙作为从三叠纪开始出现,到白垩纪末几乎全灭的食物链顶端生物所表现出来的特点,也是他们灭亡的最主要原因之一。从化石资料来看,恐龙是特化程度极高的生物,各种门类的恐龙的食性相对单一。恐龙一旦从它所在的生态位跌落,那恐龙所在的门类就很少会有繁衍到后世的幸存者。战斗力强的早就因为气候、环境急剧变化而死绝了,能苟的因为竞争不过哺乳纲而被饿死或捕杀。而恐龙的一些近亲也会因为演化的关系,演化成现在我们所熟悉的一些鸟类生物。

  恐龙大体就是这样从地球上一点一点被抹去的。

  恐龙是如何灭绝的?要详细回答这个回答,不得不提到一本书:《暗物质与恐龙》。作者丽莎·蓝道尔是美国哈佛大学的讲座教授,也是一位卓有声望的理论物理学家。她的研究领域涉及粒子物理、超对称理论、空间的额外维度、宇宙学。她同时也是一位公众科学明星。

  《暗物质与恐龙》是丽莎·蓝道尔物理学科普丛书的第三本。在这本书里,丽莎试图联系科学普及中两个最受欢迎的概念:恐龙和宇宙。这两个我们看来并不相关的概念,其实有着错综复杂的联系。

  恐龙是一种神奇的生物。它们并不好看,几乎是长得惊心动魄,但却吸引着数不清的爱好者。孩子们往往是这些远古巨兽的最忠实崇拜者,他们可以说出每一种恐龙拗口的名字,并且明辨不同恐龙之间的差别。我小时候也是一个恐龙迷,最喜欢的恐龙是剑龙。在我们那群孩子里,大致霸王龙,三角龙,雷龙和剑龙是最受欢迎的明星。这些恐龙和它们为数众多的远近亲戚,是中生代支配全球生态系统的统治者。它们发端于 2 亿 3 千万年前的三叠纪,支配地球超过一亿六千万年。然而这样一种生物,今天我们再也见不到了。从化石证据来看,这些家伙从白垩纪晚期的某个时刻起,具体来说是 6600 万年前,在地球上突然消失得无影无踪。

  当然,古生物学家会告诉你,其实恐龙并没有灭绝,它们的后代变成了鸟。但恐龙爱好者们不会满足这样的解释。因为这仍然无法解释,为什么所有不会飞翔的恐龙都消失了。那些遮天蔽日,古奥森严的巨兽究竟去了哪里?

  达尔文的《物种起源》解释了物种的出现,却没有详细讨论解释物种的消失。于正在达尔文看来,物种的消失和出现都是自然演化的结果。当环境变化,物种不再适应新环境,并且没有其他合适的地方能够迁徙,它们的数量就会变得稀少。达尔文认为,物种的消失和新物种的出现一样,是自然选择缓慢累积后的效果。

  二十世纪七十年代,一位年轻的地质学家无意中发现了杀害恐龙的凶手。这位科学家名叫沃尔特·阿尔瓦雷斯,出生学术世家,父亲路易斯·阿尔瓦雷斯尤为有名,在加速器物理和粒子物理领域贡献良多,获得过 1968 年的诺贝尔物理学奖。当时,沃尔特来到罗马附近的一个名叫「古比奥」的小镇。他的本意是研究亚平宁山脉的形成,为此需要去研究一种暗红色的石灰岩。不过,出于一些困难,沃尔特本来的研究进展不多,却发现了一些奇怪的现象。

  在远古时期,人类还没出现在地球上的时候,古比奥小镇,连同周围的山谷,曾经处于海平面之下。海洋中生存的微小海洋生物,死后会落在海底,一层一层地覆盖古比奥地区的地球表面。这些微小生物里最常见的是有孔虫。它们在海洋中广泛存在,单个有孔虫大小往往不足 1 毫米,但是在漫长的地质时间里,这种小家伙一层一层,密密麻麻铺满了海底。有经验的研究者可以凭借有孔虫的种类说出它存在的年代,因此它们也成为研究地层年代的有力工具。沃尔特发现一个奇怪的现象,白垩纪末期的石灰岩层上面,有一层很薄的,大约 1 厘米的黏土层。在白垩纪的石灰岩中,有孔虫的数量很多,种类繁茂,很多个头都不小,但是在这层薄薄的黏土层中,有孔虫突然消失了。有趣的是,黏土层的上方又出现了石灰岩层,有孔虫又出现了,可是种类却变得单一,个头也变小了很多。

  为什么会出现这种不连续的现象?沃尔特没有头绪。不过他知道这个地层的时期和恐龙灭绝的时候恰好在一起。虽然现有的证据不足以让他做出任何有意义的结论,但他开始向这个方向思考问题。科学研究最重要是问出关键的问题,但科学家面临重大突破时,往往并不能确定哪个问题才是真正「关键」的。这种时候,他们会试着东戳戳、西戳戳的试探。沃尔特就处在这个过程中,开始思考相关的不同问题,其中一个问题是:这层薄薄的黏土,到底是用了多少时间形成的。

  这并不是一个简单的问题,因为地层的厚度和形成时间之间的关系并不固定。当沃尔特和身为物理学家的父亲谈论这个问题时,他得到了一个有用的建议:可以用铱元素作为探针。铱是元素周期表中的第 77 号元素,铱金属坚硬,易碎,耐腐蚀,是地壳中最稀有的元素之一,在地壳中的比例只有大约百万分之 0.001。但在陨石中,铱元素的含量却不低。太空中存在很多微小的尘埃和陨石颗粒,当它们落入地球,就把这种元素带到了地球上。如果我们假设铱元素从宇宙中进入地表的速度是恒定的,如果可以测定一类地层中铱元素的含量,就可以推测它形成所需要的时间。路易斯正好认识可以鉴定铱元素含量的实验室。于是,从古比奥来的地质标本,就被送去测定铱含量了。可是让所有人都大吃一惊的是,古比奥地层中薄薄一层的黏土中,居然测出了含量爆表的铱元素。

  为什么会这样呢?难道说这层黏土形成的时间居然无比漫长?沃尔特随后开始对不同地点的地层展开了研究。不久之后,结果出来了。来自丹麦和新西兰两处的地层样本,同样在白垩纪末期的地层中发现了超出平均水平的铱元素。面对这些证据,沃尔特提出了一个惊人的猜测:在白垩纪的晚期,有一个突然的事件,将大量的铱元素带入了地球。而这很可能是一颗来自地球之外的巨大陨石,考虑到全球的不同地点都出现了铱元素的增加,这颗陨石可能很巨大。它也许正是白垩纪末期恐龙灭绝的元凶。

  英文有句有趣的俗语:如果大山不会走向穆罕默德,穆罕默德可以走向大山。沃尔特的发现告诉我们,有的时候,大山也会主动走向穆罕默德。

  当沃尔特公开他的猜测,等待他的并不是赞扬,而是讽刺。古生物学家们纷纷表示这个理论耸人听闻。如果科学家可以用突如其来的彗星解决恐龙的毁灭,那么这和圣经启示录中天启骑士毁灭世界的寓言故事有什么区别呢?这几乎成为了一个公众事件,连报纸杂志的编辑也加入到讨论中。

  沃尔特的遭遇,显示了不同学科间交流的壁垒。当古生物学家们批评彗星的不可预测,异想天开,他们并不知道,这在天文学中是一个可以研究的课题。但另一方面,批评也不是完全没道理。毕竟,沃尔特还没有发现彗星撞击的关键证据:撞击坑。如果能够发现一个时间,大小都对得上号的撞击坑,那么沃尔特就好像在恐龙的凶杀现场找到了一只枪口还冒着烟的枪。沃尔特估计这个撞击坑的直径大概有 200 公里,可能是一个 10 公里的小天体。

  人们不知道的是,这只枪口冒着烟的枪,其实早在沃尔特公布他的猜想前 20 年前就已经被发现了。不过,发现证据的人并不是科学家,而是墨西哥的石油公司。因为这个撞击坑被掩埋在了墨西哥湾的海水和沉积物之下。20 世纪 50 年代,石油公司的地质学家们发现,墨西哥湾的水下有一个直径达到 180 公里的圆形结构。他们本希望在这里找到石油,却失望而归。20 世纪 60 年代,有一位叫罗伯特.巴尔托的地质学家,又一次勘察了墨西哥湾的这处地点,他也受雇于墨西哥的石油公司,同样,他还是没有发现石油。但是,他明确地指出,这个水下的圆形结构,就是一个撞击坑。可是,沃尔特并不知道这个结果。因为这些知情人都在为墨西哥石油公司工作,而石油公司是不愿意公开自己的研究成果的,尤其当研究成果涉及商业利益时。时间又这么过去了 30 年,这个撞击坑的秘密早已经公布天下,还是没有人能够将它和白垩纪末的大灭绝事件联系起来。直到 1990 年,在一次科学新闻发布会上,关注大灭绝事件的地质学家,才无意中知道了这个陨石撞击坑。当时,地质学家希尔布兰德,还有他的导师,已经把搜索的范围缩小到了中美洲。听完他们的报告,一个记者告诉他,其实这里早已经有一个被发现的撞击坑,它就在墨西哥湾中。

  在墨西哥湾的撞击坑中,地质学家们发现了所期待的物质:就是小天体撞击产生的石英和熔化的岩石。后续研究表明,这个陨石坑的大小,称得上一次惊天动地的大灭绝。而陨石撞击的时间正是在 6600 万年前,和岩层里恐龙们消失的时间之间的差别小于 3 万年。

  我们可以想象这样一个场景:

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  恐龙没有灭绝,现在地球的鸟类比发现的恐龙化石多的多。

  非鸟类恐龙在约6500万年前的白垩纪﹣古近纪灭绝事件(K-Pg事件)中灭绝,时值白垩纪末的地球,发生着长期的德干暗色岩火山爆发、大型海退、各种小行星撞击。诸如此类的灾难,对当时地球上的生物也造成了一定影响,因此不少科学家认为这次灭绝事件是缓慢发生的,而灭绝的原因是逐渐改变的海平面与气候。

  然而,目前主流观点认为K-Pg灭绝是迅速的,主因是墨西哥湾小行星撞击事件:一颗直径10公里的小行星碎片,在6500万年前撞击了墨西哥尤卡坦半岛,进而对全球各地的生态系造成影响。

  非鸟类恐龙、大型海爬、多种的植物与大量无脊椎动物从此灭绝,然而,恐龙的近亲鳄类却得以幸存,直系后代鸟类经过辐射演化,也成为新生代的天空霸主。最重要的是,哺乳动物悄然兴起......

  —————————————————以下是迅速灭绝观点,以及推测鸟类,鳄类存活的原因。

  1.墨西哥湾小行星撞击事件及影响 (疑似主因)

  全球的白垩纪与古近纪交接地层中,铱元素含量高于正常标准。铱(Ir)在地壳中是非常少见的金属,而大部分小行星与彗星富含铱元素,这是K-Pg时期有小行星撞击地球的有力证据。

  约6500万年前,一颗直径10公里的小行星碎片,闯入地球的公转轨道,撞击在墨西哥尤卡坦半岛,形成希克苏鲁伯陨石坑,也造成了第五次生物大灭绝。

  陨石坑整体略呈椭圆形,平均直径约有180公里,是地球表面最大型的撞击地形。

  位于犹加敦半岛的希克苏鲁伯陨石坑,直径达180公里

  白垩纪晚期的含氧量是中生代最高的,会助长火势。碎片撞击后,完全蒸发,释放出相当于100兆吨TNT当量,数秒内,撞击体的碎片与再度落下的喷出物,造成了全球性的火灾风暴。

  撞击过程的动画

  接着,强大的撞击波引发地震,造成大型海啸,席卷整个北美洲,正是这场海啸,瞬间吞噬了大批淡水鱼类、脊椎动物、树木、枝干、菊石贝类及其他的海洋生物的生命,它们的遗体就这样被遗留在北达科他州的地层内。

  2019年4月4日,美国堪萨斯大学(University of Kansas)一支考古团队就在北达科他州,挖掘到一座埋藏着大量恐龙、鱼类与其他动物化石的大型坟场。这座坟场也成为小行星6600万年前撞击地球的重要证据。

  “断成两半的鱼化石”,海啸来临时撞到树而断成两半

  所有的东西都以鲜活的形象方式被保存下来,没有被压扁或挤碎,反映了海啸的强度足以让生物们瞬间死亡。有些鱼类化石显然曾经吸入过与陨石撞击有关的喷发物,并算出化石表面附着物质的年代大约是6576万年前,与希克苏鲁伯陨石坑形成时间吻合。

  这显示出来自墨西哥的震波是多么快,在数十分钟之内就来到北达科他州。

  现在的北达科塔州与尤卡坦半岛距离,与白垩纪末的位置差别不大

  另外,还会引发全球火山爆发:大量的灰尘、大量的硫进入大气层,遮挡阳光,让气温迅速下降,造成全球性寒冬,加上日照量的下降,影响植物光合作用,导致植物大量消失,继而食物链顶端的植食性动物(埃德蒙顿龙、三角龙等)、肉食性动物(霸王龙)也跟着灭亡。

  深陷火海的副栉龙

  目前并没有证据表明白垩纪末期的恐龙有穴居和水生等习性,因此无法降低环境变动所带来的影响,作为陆地优势动物,恐龙面临着长期食物短缺的绝境。

  恐龙到底是恒温动物还是变温动物呢?

  最近几十年,关于恐龙是内温性动物的证据也日渐增多,大型的恒温动物需要吸收更多的营养物质,获取更多的能量,来维持自身的新陈代谢,因此当K-Pg事件发生时,整个食物链崩溃,需要大量食物的大型恐龙走向灭亡。

  而由恐龙演化出来的分支——鸟类,也是内温性动物,却得以幸存(除了新鸟亚纲以外的原始鸟类均在白垩纪末灭绝)。或许是体型较小,所需食物较少,以及许多新鸟亚纲能够潜水、游泳、在水中与沼泽寻找庇护地、能够筑穴、生存在树洞或白蚁巢中,吃昆虫等,逃过K-Pg事件。存活下来的鸟类,迅速的占领了翼龙目的生态位,并演化成优势动物。(因此也可以说恐龙没有灭绝~~)

  主龙类的另一个演化支——鳄形超目,有5个科幸存,但没有大型鳄类存活,如北美洲的恐鳄。

  恐鳄伏击副栉龙想象图(恐鳄体长达10米,可能会以大型恐龙为食)

  鳄类之所以能幸存,或许是因为属于变温动物*。与恐龙不同的代谢机制,可以让它们连续数个月不进食(参考现代鳄鱼);栖息地也与恐龙不一样,幸存的鳄类大多栖息于淡水与陆地环境,水生生态位与穴居的生活方式,让它们可以减少环境剧烈变动的影响。

  (*注:鳄类的主龙类祖先,可能属于内温性动物或接近内温性,由于为了适应水中生活,不需要太高的代谢率,才从内温演化成变温。)

  当然,在撞击事件的几十年后,大气中的硫酸气溶胶会完全沉降,日照量会重新上升。但是,如果当时曾发生过全球性的火灾风暴,大气层中的二氧化碳含量将上升,并在空气中的灰尘、微粒沉降后,继续造成短期的温室效应,还会造成酸雨。

  在撞击事件存活的生物,一部分可能因为上述效应而死亡,比如具有钙质外壳的软体动物:菊石。以菊石为食的沧龙类,也逐渐走向灭亡。

  ——————————————————以下是缓慢灭绝事件观点。

  1.白垩纪末期的恐龙种类与数量减少?

  科学家认为在K-Pg界线层以下三米地区恐龙化石非常稀疏,这意味这大灭绝之前恐龙的种类和数量就持续减少,因此他们支持逐渐灭绝的看法。

  但是马斯特里赫特阶(白垩纪最后的一个时期)的时间跨度只有坎帕阶的一半,如果用种类数量除以时间跨度,可知白垩纪末期恐龙多样性并不低。还有地理隔离的消除,如下图的北美洲内陆海道的消失,使北美洲成为统一的大陆。这些其实都是恐龙种类减少的原因。

  图A-坎帕阶末期(7500万年前) 图B-马斯特里赫特阶末期(6600万年前)

  2.鸭嘴龙类逃过大灭绝,存活到古新世?

  支持恐龙灭绝是逐渐性的科学家宣称,在犹他州圣胡安河的白杨山砂岩层(Ojo Alamo Sandstone),发现了鸭嘴龙类的包括股骨在内的34块骨骼化石,附近有古新世的标准花粉,意味着这种鸭嘴龙类可能将成为幸免存活的演化。

  jo Alamo Sandstone地层底部发现的一只鸭嘴龙的右股骨

  但是,所有的恐龙遗骸都来自该地层的最底层Naashoibito地层,因此也有科学家认为这个地层沉积于白垩纪边缘的马斯特里赫特阶晚期。

  Pollen samples-花粉的位置 Hadrosaur femur-鸭嘴龙股骨的位置

  另外,在2004年,论文“Tertiary Dinosaurs” in the Nanxiong Basin, Southern China, Are Reworked from the Cretaceous指出在中国南雄盆地发现的鸭嘴龙化石和蛋化石中发现有第三纪的花粉沉积。

  但是有些人研究认为,上述这些鸭嘴龙类化石可能因为侵蚀作用,而被带离原本的地点,而在较年轻的沉积层中再度沉积。

  3.德干暗色岩火山爆发

  首先明白一个概念“溢流玄武岩省”,可理解为覆盖范围达几十万平方公里,高千米的岩浆海洋。

  约6600万年前,印度南部发生了大量的火山爆发。这一连串的火山爆发持续了近三万年之久,其形成的玄武岩厚度超过2000米。德干溢流玄武岩省被估计最大面积为150万平方公里,相当于现在印度的一半面积,而后经由侵蚀作用与大陆漂移,形成现在的大小。

  印度的岩石年代图(紫色部分为现在可看到的熔岩面积)

  长期的火山爆发,喷出的气体,导致全球暖化,植物和动物开始缓慢灭亡。有证据指出在希克苏鲁伯撞击事件之前的50万年内,大气温度曾上升8 °。因此部分观点认为长期的火山喷发才是恐龙灭绝的主因,小行星的撞击只不过是加速了这个进程。

  4.大型海退事件

  在白垩纪马斯特里赫特阶(7000万-6600万年前)发生了中生代以来最大规模的海退。

  海退:在相对短的地史时期内 ,海面下降或陆地上升,造成海水从大陆向海洋逐渐退缩的地质现象。

  在世界各地的一些马斯特里赫特阶地层,最早的部分是海床,较早的部分是海岸地层,最晚部分则是陆相地层。这些地层没有因为造山运动而倾斜、折曲的迹象,因此最有可能的解释是海退。

  大规模海退造成大陆架大幅消失,栖息在大陆架的海洋生物最丰富,因此海退可能会造成海洋生物的灭绝。然而,有研究显示,海退事件不足以让菊石灭亡。

  A-海岸 B-大陆架 C-大陆坡 D-陆基 E-海洋

  大规模海退也使许多大陆海消失,例如北美洲的西部内陆海道(前几张图)。剧烈的地壳运动,造成海域的消失,也破坏了许多生物繁盛的海岸平原,也对海相生物群造成极大影响。

  5.多重撞击事件

  由于在K-Pg界线发现了数个疑似陨石坑的地质构造,因此产生多重撞击事件的灭绝观点。

  除了著名的希克苏鲁伯陨石坑,还有乌克兰的波泰士陨石坑,直径24公里,形成时间约在距今6517万年前、北海的银坑陨石坑,直径20公里,形成时间约在距今6,500万年前到6,000万年前。位于印度外海的湿婆陨石坑,当时位于特提斯洋,也是多重撞击事件的可能陨石坑之一。

  湿婆陨石坑位置

  但有研究指出,湿婆陨石坑构造也有可能并非是撞击的产物,而是超大规模火山活动的遗迹(上文提到的德干溢流玄武岩省。包括在英国外海的银坑陨石坑,也有人认为实质上是地层的陷落构造。

  除了墨西哥湾的希克苏鲁伯陨石坑,其余的陨石坑成因仍在争论之中。

  ——————————————————————————

  最后,我支持非鸟类恐龙灭绝的主因是小行星撞击墨西哥湾,你们可以打(zan)我了!

  这个世界上任何时刻生活着超过200亿只鸡、几十亿只鸭子、数以亿计的鹌鹑、鸽子和鹅……搞不好是地球历史上恐龙种群数量最大的时期,你竟然说恐龙灭绝了?!


于正恐龙是为什么灭绝的?

Tags: 恐龙  撞击 

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