恐龙灭绝有帮凶,陨石撞击加速了万里外的火山喷发

2018-02-16 06:02:30 来源: 网易科学人 举报
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此前的研究清楚地表明,在陨石撞击和大规模灭绝发生之前,Deccan Traps就已经开始喷发熔岩。但是,最新研究表明,希克苏鲁伯陨石撞击的影响导致它们喷发的速度迅速增加。如果这是真的,那么这三大事件都有可能被联系起来:撞击加速火山活动,进而导致大规模的物种灭绝。

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对于地球上的所有生物来说,6600万年前的白垩纪末期是个极为难熬的艰难时期。当时三大全球性灾难几乎同时发生:希克苏鲁伯(Chicxulub)陨石撞击到现在的墨西哥尤卡坦半岛上,今天印度境内的Deccan Traps火山大规模喷发,地球上大约3/4的动植物(包括所有非鸟类恐龙)物种全部灭绝。

恐龙灭绝有帮凶,陨石撞击加速了万里外的火山喷发

图1:陨石撞击地面后,地震冲击波可能影响到整个地球系统

这三起事件的同时发生,在我们的星球历史上引发了长达数十年的因果关系争论。无论是大规模的火山爆发,还是地外陨石撞击,都有可能导致生命大规模灭绝,但它们之间存在某种联系吗? 

最近发表在《科学进展》(Science Advances)杂志上的研究表明,希克苏鲁伯陨石撞击可能引发了更多的火山活动,特别是Deccan Traps火山大规模喷发。Deccan Traps火山群位于地壳构造板块的边缘,是绵延上万公里的海底火山山脊。

陨石撞击引发了巨大的地震波,这些地震波在全球范围内传播,它们可以将岩浆从地幔中挤出来,并进入到海洋地壳中。对于恐龙和当时的其他动植物来说,这可能是更坏的消息。众所周知,地震活动会引发各种水文现象,有时甚至会诱发火山爆发。在附近发生大地震之后,干涸的小溪或会重新有水,井水可能上升或下降,间歇泉有时也会喷发。地震活动也会引发火山活动,但只有在条件合适的情况下才会发生,只有大约0.4%的火山爆发可能是由大地震引发的。

那么,当希克苏鲁伯陨石撞击地球时产生的大地震是否与Deccan Traps火山的持续喷发有关呢?在不到100万年的时间里,这座火山群喷出的熔岩流覆盖了印度大部分地区。加州大学伯克利分校领导的研究团队重新审视了这两大事件之间的联系。

此前,有关这些火山爆发的研究清楚地表明,在陨石撞击和大规模灭绝发生之前,Deccan Traps就已经开始喷发熔岩。但是,最新研究表明,希克苏鲁伯陨石撞击的影响导致它们喷发的速度迅速增加。如果这是真的,那么这三大事件都有可能被联系起来:撞击加速火山活动,进而导致大规模的物种灭绝。

恐龙灭绝有帮凶,陨石撞击加速了万里外的火山喷发

图2:海底熔岩流从构造板块之间涌出,就像轴海山(Axial Seamount)那样,它位于旧熔岩的顶部。

如果这种“触发效应假说”是正确的,我们预计其他的火山系统也会被引爆。无论在任何时候,地球上绝大多数火山活动都不会发生在陆地上,而是位于海底,那里的构造板块正在向外分离。随着地壳的分裂,大部分固体地幔层会上升以填补所产生的空间,而它在上升的过程中会融化。

恐龙灭绝有帮凶,陨石撞击加速了万里外的火山喷发

图3:洋脊插图显示,岩浆从地幔中上升,并通过构造板块之间的裂缝喷发出来

这种新的岩浆渗透到地表,在所谓的大洋中脊附近为几乎连续的火山活动提供燃料。这一过程实际上创造了海洋底部的所有地壳。由于海底的年代相对较早,它保存了超过1亿年的海洋火山活动记录。这些惊人的火山活动记录创造了一个检验“触发效应假说”的机会。

在最新研究中,我们使用了公开的数据集,它们记录了1亿年前海底的结构。由于火星和金星上的地形图都比地球上海底地貌绘图更好,因此我们被迫使用间接的方法来寻找海底结构的变化。由卫星测量提供了必要的绘图工具,我们可以确认海底不同位置的重力微小变化。海床上有大量岩石,如你所期望的,它们是由加速火山活动所导致的,有助于对地球的引力场进行更好的测量。

恐龙灭绝有帮凶,陨石撞击加速了万里外的火山喷发

图4:海床上最微小结构异常发生在6600万年前,与希克苏鲁伯陨石撞击的时代一致?

然后,我们检查了这些“重力异常”记录,以寻找海底结构发生快速变化的线索。我们发现,在希克苏鲁伯陨石撞击后的100万年里,海底发生了异常丰富的微小结构异常。在印度洋和太平洋6600万年前的海底,重力异常与大约200米高的过剩物质堆积时间相吻合。

这些过剩物质的总量很难确定,因为大量岩浆可能被注入到较低的地壳中,在那里它会有较弱的重力特征。但我们估计,在希克苏鲁伯陨石撞击前后,大约有23000到23万立方英里的岩浆喷发出了大洋中脊,遍布全球。这与地球45亿年历史上最大的喷发事件是一致的,包括Deccan Traps。

恐龙灭绝有帮凶,陨石撞击加速了万里外的火山喷发

图5:6600万年前的希克苏鲁伯陨石撞击时,海底标记的区域显示出非常高的传播速率。颜色表示2度内的最大重力异常。

我们的观察发现,白垩纪末期发生了一系列事件。就在6600多万年前,Deccan Traps开始喷发,这很可能是由从地核升起的炽热岩石引发的,类似于今天在夏威夷或黄石公园下面发生的事情,它撞击到印度板块的侧面。大洋中脊和恐龙则继续它们的正常活动。

大约25万年后,希克苏鲁伯陨石撞击形成了今天的墨西哥海岸。这种撞击会对地球气候造成巨大的破坏,向大气中注入粒子,最终形成一层遍布地球的粘土。在撞击之后,火山活动可能会加速几万到几十万年。海洋中部的山脊喷发出大量的岩浆,而Deccan Traps火山喷发的岩浆则淹没了印度次大陆的大部分地区。最后,地球上3/4的植物和动物物种消失了,现存的唯一的恐龙就是有羽毛的飞行物种,通常被称为鸟类。

现在,我们的目标是进一步完善对每个事件及其相互作用的理解。是否有足够多的洋中脊活动导致了大规模的灭绝,或者是被触发的海底火山活动仅仅是某些更重大行星事件的先兆?希克苏鲁伯陨石撞击引发其他火山系统喷发吗?火山还是陨石在导致物种灭绝的过程中扮演了更重要的角色?很明显,这项新的研究指出了大灾难之间的全球性联系,这很好地提醒了我们:地球另一端发生的事件会对世界各地产生影响。

杨舟 本文来源:网易科学人 责任编辑:杨舟_NBJS5726
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