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恐龙灭绝的原因,科学家是如何像侦探一样发现证明真相的?(四)

2020/8/29 7:41:36 来源:佰思科学 浏览:

作者:佰思科学 沈东旭 邱亚明

​引言:

恐龙,是人类社会经久不衰的一个话题。尤其是恐龙的突然灭绝,给这种庞然大物又蒙上了一层神秘的色彩,也成为许多人茶余饭后的谈资与话题。同样的,科学界一直致力于研究恐龙消失的原因。经过科学家们不懈的努力,到现在为止,可以说整个事件的发展脉络已经相当清晰,各种证据都被找到,相关影响因子经过了仿真模拟检验,得出的结论十分明确。


佰思科学将通过本系列文章,回顾恐龙从被科学家发现到研究其灭绝过程的完整历史,尤其将近年来最新的科学研究成果,展现给大家。恐龙的灭绝,已经不再是一个千古未解之谜,现在完全可以说是盖棺定论了。

本系列图文部分将分成五部分连载,相关视频在制作中,将后续发布,欢迎大家品鉴。


第四部分


有科学家认为,恐龙种类的减少,在K-Pg事件发生前就已经开始了,因此恐龙的灭绝是一个渐进的过程。让我们来探讨一下这个课题。


6600万年前的世界地图

01

白垩纪时期的环境

首先,当时的地球和现在很不一样。由于地球上板块的存在,大陆在不停漂移。在2到3亿年前,地球上所有的大陆都是连在一起的,被称作盘古大陆。到了1亿7千5百万年前,盘古大陆开始分裂。等到了白垩纪末期,各个大陆已经基本成型,当然和今天的世界地图还是有不小的区别。那时候,南北美洲尚未连在一起的,尤卡坦半岛也不存在,那里是一片海洋。而印度是孤零零的一个岛,还没有向北撞向亚洲。

白垩纪时的环境

在恐龙时代,当时的气候与现在相比差别很大。整个白垩纪时期地球的气温很高,极区没有冰帽,海平面比现在高出100到250米。


白垩纪时的南极大陆

地球各地的气温差异不大,极区与赤道地区的气候相差不到25摄氏度,而现在的温差是50℃。在阿拉斯加和格陵兰这样的高纬度地区,生长着茂盛的植物并有恐龙出没。南极大陆上,有茂密的森林,恐龙生活在其中。总之,地球的整体温度较今日暖和得多。


高纬度地区也生活着恐龙

恐龙时代的大气成分也与现在有很大差别。二氧化碳含量是现时的3到4倍。到了白垩纪末期,地球上的气温变得更高,在热带和亚热带的很多地方,年平均温度超过30摄氏度。实际上,大规模的火山爆发,虽然会在短时间内遮挡太阳光,让气温降低,但是火山喷发出的二氧化碳等温室气体,从长期的角度而言,反而会使得气温上升。当时的全球海洋表面平均温度达到了37摄氏度,比现在高了约20℃。

白垩纪时的海洋

02

白垩纪末期的“德干火山”大爆发

从大约6740万年开始,德干火山就开始喷发。到了6610万年,又开始了一轮猛烈的喷发,在其后的71万年里,总计喷出了不少于1百万立方千米的物质。其中相当大的一部分是在6600万年之后的3万年里喷发出来的。

火山附近的恐龙

不过问题在于,虽然能估计到总的喷发量,但是具体的喷发模式还不清楚,比如火山喷发的次数,每次的剧烈程度等。

白垩纪末期的恐龙化石分布

但不管怎样,科学家在很多地方都找到了从6610万年到6600万年前的各种恐龙化石,甚至在印度,这段时期也仍然有恐龙出没。换句话说,德干火山不要说灭绝全世界的恐龙,就算印度自身的恐龙都没有灭掉。显然,在撞击事件发生之前的火山爆发力度,并不足以使恐龙灭绝。


冰雪覆盖的大陆

科学家进行了计算,就算火山喷出的大量尘埃强烈地遮挡了阳光,造成的气温降低,最多也不会降低超过10℃。现在全球平均气温在15℃左右,如果降低10℃的话,很多地方的平均温度要低过0度,绝对算得上是小冰河期了。而相对于当时过于暖和的气候来说,降低10℃真算不了什么。


火山气体有升温作用

有科学家甚至认为,火山爆发的短期降温效果,可能都超不过5摄氏度,因为大量温室气体的升温效应还起到了抵消的作用。


03

谁是罪魁祸首


谁是罪魁祸首

可以明确的是,当时的火山活动虽然剧烈,但远不能将恐龙灭绝。那么下一步需要弄清楚的是,小行星撞击和火山活动,在恐龙灭绝这件事上,分别起到了多大的贡献,或者说有多大的罪过呢?

2020年论文中白垩纪末期全球温度分布模拟 (图右单位为摄氏度)

在2020年,一篇发表在《美国国家科学院院刊》的科学论文中,讨论了德干火山爆发与恐龙灭绝之间的关系。科学家进行了动态仿真模拟,评估了地球上不同区域,在撞击后恐龙生存的可能性。

白垩纪末期的温度分布图

大家首先看到的,是地球在白垩纪末期的温度分布图。颜色越偏红代表温度越高,越偏蓝代表温度越低。显然,地球上大部分地区都很暖和。而德干火山爆发产生的最严重的降温效果,展现在这里。大家可以看到,地球整体温度虽然有所下降,但很多地区还很温暖。


德干火山爆发造成的最严重降温情况模拟

这张图,则是科学家模拟出来的当时恐龙生活的区域。其中越偏红的区域,则越适合恐龙生活,而越偏蓝则不适合恐龙生活。显然,恐龙适合生活在既不是特别冷又不是特别热的地方。炎热的赤道区域,反而不适合恐龙的生存。另外,我们可以注意到,南极大陆地区有大片适合恐龙生存的区域,这也和南极地区出土了恐龙化石相吻合。

白垩纪末期恐龙宜居地模拟 (考虑了德干火山爆发引起的温室效应)

在希克苏鲁伯撞击发生后,碰撞产生的烟尘遮蔽了阳光,科学家估计,太阳光照减少了大约10-20%,造成了全球严重降温,且持续了20到30年才逐渐恢复。

小行星撞击后地球上最冷三年里的温度模拟 (假定光照减少10%及考虑德干火山爆发)

这次模拟的是假定光照减少10%,并考虑了当时火山爆发情况,在最冷的三年中全球的温度分布。我们可以看到,全球平均气温下降了34.7℃,大部分陆地地区的平均气温低于0℃,只有海洋还比较温暖。换句话说,撞击后发生了持续的全球性的严寒天气,即所谓的“撞击冬天”。

撞击发生后恐龙宜居性分析 (颜色越蓝越不宜居)

相应的,恐龙的宜居情况,在这张图里得到了表现。我们可以看到,地球上非常适合恐龙生活的红色区域全部消失了,而这些地方都变成了深蓝色,即完全无法适合恐龙生存。

德干火山不爆发的最冷三年温度分布情况

如果假设火山不爆发,则全球气温下降得更多。这是因为火山爆发排出的二氧化碳等温室气体,起到了保温的作用。

德干火山不爆发的最冷三年恐龙宜居性

如果考虑最极端的情况,阳光减少了20%,则全球温度会下降66.8摄氏度。


注意Sc2,光照减少10%的情况,恐龙的宜居区域几乎为0

前面说过,科学家已经测算出,小行星撞击造成的太阳光照下降,在10%到20%之间。即便是减少10%,都足以使恐龙灭绝。这说明小行星撞击作用的下限都已经超过了恐龙们的生存极限。显然,小行星撞击造成的漫长冬天,才是恐龙灭绝的决定性因素。而德干火山的爆发,或许还减缓了希克苏鲁伯撞击的影响。


撞击后产生的尘埃降低了光照,才是恐龙灭绝的根本性原因

那么,这颗小行星又是从哪里来的呢?


(截止目前,我们已经更新了四部分,我们将在最后一篇分析探讨小行星从哪里来?并模拟当时小行星撞击地球后的地球生态,请持续关注!)

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