3．4 白垩纪末恐龙绝灭和地外陨击事件

    （1）绝灭事件特征

    白垩纪末期称霸地球表面1.7亿年的巨大恐龙类终于全部绝灭，历来是十分引人注目的地球历史之迷。事实上白垩纪末期的集群绝灭现象不仅发生在陆生恐龙类之中，海洋生物界中也有明显反应。其中最突出的集群绝灭发生在浅海浮游生物（浮游有孔虫和超微化石颗石藻），这一点和二叠纪末的绝灭事件主要发生在浅海底栖生物之中有着重要区别。另外，白垩纪组合面貌的海洋浮游生物一直持续到界线粘土之下的1cm处，粘土层之上地层中的海洋浮游生物已经完全是第三纪的组合面貌，反映中、新生代之交的绝灭事件突发性更加显著。

    美国阿佛雷兹父子（J．Alvarez等，1980）应用高灵敏度的放（射）化（学）中子活化分析（RNAA）方法，在意大利古比奥、丹麦史蒂文·克林特白垩～第三纪之交的界线粘土层中发现了铱异常（0.1×10-9～10×10-9，最高＞80×10-9）。由于铱等铂族元素一般常见于地外的小天体（陨石等）中，在地球上沉积中正常背景值仅为0.02×10-9，可能绝大部分来自宇宙尘埃。上述界线粘土层中的铱异常高出相邻岩层的平均值30倍左右，成为证明存在地外陨击事件的有力佐证（图11-7）。

    根据同位素年龄测定及沉积速率估算等方法综合研究，含铱异常的界线粘土厚度为30cm，代表的延续时间约2～3万年。从地质时代角度可以看作是“瞬间”发牛的灾变事件。

    （2）绝灭原因探讨

    自从Alvarez父子重要研究成果发表以来，白垩纪恐龙绝灭和地外陨击事件的关系迅速成为科学研究和科普读物的热门话题。但科学家之间的不同意见始终存在，而且正是由于这种正常的争论推动了学术研究的深化和人类对集群绝灭原因认识的不断提高。

    首先，人们需要确认中、新生代之交到底是否发生过重要的地外星体陨击事件。根据1984年在夏威夷Kilauea火山喷发尘中也测得铱异常，有人认为铱异常出现可以存在多解性，不能作为判别存在地外陨击事件的唯一标志。如果白垩纪末期真的发生过重要陨击事件，那么地表应当找到大型的陨击坑证据。大型撞击事件如果确实发生过，也应当在地球表层的大气圈、水圈甚至岩石圈物质-能量的交换过程中留下自身独特的烙印。这一系列质疑的提出，促使人们需要收集更多的证据，开展更加严密的分析测试，并进行多方面的综合研究。

    地外星体以很高的宇宙速率（≥16km/s）和固体岩石圈相撞，会产生特殊的冲击变质作用记录，以极大的压力（可达100Kb～800Kb）、很高的温度（可达＞1000～5000℃）和很短的作用时间（仅几秒钟）为特征。有别于地壳构造作用、变质作用和岩浆作用（压力一般为3Kb～10Kb ，温度≤900℃）长期缓慢速度所形成的地质记录。因此，冲击石英（具密集变形纹，有时为柯石英）、熔长石（长石晶体仅局部熔融成玻璃质）和陨击角砾岩（成分极复杂的陨击作用溅落产物，包括不同来源的未变质原岩碎块和冲击玻璃角砾）、环形构造地貌和地球物理上的明显重力和磁负异常等特征，都是鉴别地表陨击坑的有效标志。

    经过多年努力，冲击石英在北美蒙太拿地区陆相地层中首先发现。直径35km的陨击坑也在美国衣阿华州得到证实。最为轰动的是90年代早期墨西哥东南部尤坦卡半岛北岸直径180km Chicxulub陨击坑的证实。通过对陨击坑内1号钻孔中9号岩心（1390～1393m孔深处）冲击熔融安山质玻璃的40Ar/39Ar法测年，获得65.01±0.08百万年年龄（C．C．Swisher et al．，1992），与白垩纪末大规模绝灭事件发生时间一致。专门开展的地球物理复查，也获得明显的重力负异常佐证。根据估算，此陨击坑是由一颗直径约10km的小行星撞击形成，瞬间释放的能量达1.6×1014TNT当量（相当于8亿枚广岛原子弹同时爆炸）。鉴于西伯利亚也有发现白垩纪末直径100km的陨击坑的报道，可以推论至少在北半球存在连珠炮式的复合陨击事件。

    猛烈的地外灾变事件直接引起古环境急剧变化，目前已经提出以下各种设想。例为由最初的高温导致海水大量蒸发，大气温度高达100℃，并引起陆地森林大火；海平面相应下降并伴随发生大规模撞击海啸（impact tsunami），深水盆地中出现浊流沉积；大量尘埃遮天蔽日阻隔阳光而导致出现“核冬天”（假定地球上发生一场核大战后，大量尘埃遮蔽阳光，导致出现严寒天气），温度下降至-48℃（225K）持续3年，14年后才恢复到原有水平；北半球的陨击作用触发南半球地幔柱活动和大规模火山喷发（如印度半岛的德干玄武岩喷发年龄为65百万年），并降落大量硫酸雨等等，都对海洋和陆地生物产生摧毁性打击，直接或间接导致恐龙绝灭，削弱裸子植物在陆地景观中的优势地位。为新生代起哺乳动物的大发展和被子植物的兴盛腾出了生态领域。

    应当提出，许多古生物学家并不欣赏白垩纪末期突然绝灭的论证，也不赞同一次撞击杀死所有恐龙的简单思考方法。他们倾向于强调地内因素（寒冷、缺氧、海退、火山等）的直接后果和生物灭绝的分阶段特征，所以对地外陨击事件的报道一般持质疑态度。白垩纪末期的地外陨击事件自80年代初提出后，经过一系列的反复质疑和进一步查证，专门讨论的论文数以千计，至20世纪末已经得到大多数地球科学家承认。但白垩纪末群发灾害出现的先后顺序和机互关系方面，到底是偶然的地外事件打断了地球的正常演化进程，还是地球自身演化也能导致灾害群发，陨击事件只不过是雪上加霜或偶然巧合也仍在继续探讨。恐龙绝灭的具体过程和确切机制，已提出有热死、冷死、毒死、饿死、病死或卵壳发生畸变易碎而绝种等不同假说，21世纪中仍然是一个关注热点。

    通过对上述二叠纪末和白垩纪末两次规模最大的集群绝灭事件介绍，可以看出两者虽然都与灾害群发现象有关，但具体的绝灭形式和主控因素可能并不相同。地质历史中已知另外5次全球规模集群绝灭事件，以及更多的次级区域性集灭事件，也都存在既有共性又有个性的复杂情况，需要作具体分析，不能简单套用任何一种现成模式。

    任何一次集群绝灭事件都不可能消灭全部生物界，总有少量物种经历浩劫后幸存下来，称为残留种。有的物种能逃离恶化的环境在某个避难所获得喘息机会，待环境条件好转后再回到先前分布的地区，称为复活种。也有一些生物门类的物种原先并不显眼，但由于优越的生理功能或生态习性具有更强的抗灾变能力，能渡过浩劫而获得辐射演化的机会，称为先驱种。从整个生物界演化阶段来说，可区分出绝灭前原先生物群的繁荣期—绝大期（可分步骤实现）—残存期（少量残留种，有的种个体反而兴盛）—复苏期（少量新种出现）—辐射演化期（大量新种出现）。深入研究地球历史中生物界不同门类的兴衰演化史及其与环境的关系，对于人类今后开展环境保护、灾害防治工作可以提供有价值的借鉴和启迪信息。