摘要：2023年《Nature Geoscience》上，一篇文章报道了关于布鲁塞尔比利时皇家天文台Senel C B团队的研究成果。他们在北科达他州采集到了6600万年前的一个岩石标本，发现标本中含有直径0.8~8.0微米的硅酸盐粉尘颗粒。Senel团队认为，小行

2023年《Nature Geoscience》上，一篇文章报道了关于布鲁塞尔比利时皇家天文台Senel C B团队的研究成果。他们在北科达他州采集到了6600万年前的一个岩石标本，发现标本中含有直径0.8~8.0微米的硅酸盐粉尘颗粒。Senel团队认为，小行星撞击地球时，抛出了许多这样微小的灰尘，这些尘埃粒子阻挡了阳光，使得有超过两年的时间没有阳光的照射。此外，尘埃在大气中停留了大约15年的时间，导致全球气温下降15℃左右。

非鸟类恐龙很可能就是在这种饥寒交迫、灰尘遮天蔽日的环境中逐渐死亡的。

关于恐龙大灭绝的原因，科学家从不同的角度提出了各种假说。主流假说认为，一颗直径约10千米的小行星撞击在墨西哥湾上，撞击产生系列后续的连锁反应，造成了地球的生态灾难。

6600万年前生物灭绝事件假说

6600万年前的白垩纪-古近纪生物灭绝事件原因在学界尚未有定论，主要观点包括：气候变迁说、物种斗争说、大陆漂移说、地磁变化说、被子植物中毒说、酸雨说、疾病论、火山爆发说和小行星撞击说等。同时有少数科学家认为，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。

此外，也有部分科学家提出多重原因理论，例如：小行星或彗星的撞击事件，或是长时间的火山爆发。希克苏鲁伯陨石坑，被认为是6600万年前的小行星撞击留下的。撞击事件或者印度德干玄武岩的火山爆发，导致大量灰尘进入大气层中，遮蔽了阳光、降低了植物的光合作用，进而对全球各地的生态系统造成影响。

支持多重原因理论的科学家们认为单一原因难以达成大规模的灭绝事件，也难以解释灭绝的模式。2004年，Archibald J D与Fastovsky D E提出一个结合多重原因的灭绝理论，其中包括：火山爆发、海退、以及撞击事件。

恐龙是当时的大型脊椎动物，首先受到环境改变的冲击，导致生物的多样性开始衰退。火山爆发喷出的悬浮粒子，使得全球气候逐渐冷却、干旱。最后，撞击事件导致依赖光合作用的食物链崩溃，并冲击已经衰退的陆地食物链与海洋食物链。在众多白垩纪-古近纪灭绝事件原因推论中，德干玄武岩喷发和小行星撞击说是两大主流观点。

（1）德干玄武岩喷发

德干玄武岩是位于印度南部德干高原的巨型火成岩省，是地球表面最大的火山岩省之一。德干玄武岩是由多层洪流玄武岩组成，主要组成成分为拉斑玄武岩，还包含少量碱性玄武岩、煌斑岩、碳酸岩等，其厚度可超过2000米，同时可以直接观测的面积约51.2万平方公里。

印度德干高原

20世纪末，有学者主张德干玄武岩是白垩纪-古近纪灭绝事件的主要原因。根据拉斑玄武岩40Ar-39Ar同位素年龄分析，德干玄武岩喷发时间跨度为66.6—68.5Ma。德干玄武岩火山爆发通过数种方式造成了灭绝事件：灰尘与二氧化硫大量喷出，灰尘使地表的光照量下降，植物的光合作用减少；当灰尘慢慢降落至地表时，火山爆发喷出的灰尘和二氧化硫气体，许多植物因此而死亡，植食性恐龙因没有食物而灭亡，而肉食性恐龙也相继灭绝。

中国科学院南京地质古生物研究所副研究员李莎带领研究团队与中国地质大学（北京）教授万晓樵团队展开合作，对白垩纪/古近纪界线附近的海相和陆相地层中的汞记录进行了综合对比。由于汞同位素可以为追踪汞源提供有效信息。研究人员整合了分布于全球各地26个关键剖面和钻孔资料，发现德干玄武岩喷发导致白垩纪/古近纪界线之前或界线处的汞值呈对数正态分布，与显生宙其他大灭绝事件界线处的汞数据具有相似的趋势。

研究结果发现，全球分布的剖面/钻孔的汞记录与徳干火山活动的前两幕相对应：第一幕德干玄武岩喷发事件，时间约为66.30~66.15 Ma；第二幕德干玄武岩喷发事件，时间约为66.1~66.0 Ma。其中，白垩纪末期变暖事件（LMWE）与第一幕德干玄武岩喷发事件相关，变暖事件对气候变化和生物危机具有全球影响。然而，德干火山活动第三幕（约65.9~65.8 Ma）和第四幕（约65.6~65.5 Ma）的汞记录尚未发现。

徳干玄武岩喷发事件在全球26个海相、陆相地层中记录的汞值（1417个汞数据）呈正态分布、汞值和部分剖面汞同位素值的范围

徳干玄武岩喷发事件在全球海相、陆相地层中的汞记录对比

（2）小行星碎片撞击说

铱（Ir）属于亲铁元素，在地壳中的含量极少，大部分亲铁元素在行星分化的过程中沉降到地核中。美国科学家Alvarez L W父子等人于1980年发现全球白垩纪与古近纪交接地层中的铱含量高于正常标准，意大利、丹麦和新西兰深海灰岩中铱含量分别是正常标准的30倍、160倍和130倍。同时，因为在大部分小行星与彗星中常发现铱元素，所以Alvarez等人认为在白垩纪与古近纪的交界时期，曾有颗小行星撞击地球表面，挖掘巨量岩石碎块进入大气层，其中一小部分尘埃在平流层停留数年并分布至世界各地。

白垩纪-古近纪灭绝事件是迄今为止中生代和新生代中最大的灭绝事件，与6600万前形成的希克苏鲁伯陨石撞击坑有着密切的关系。希克苏鲁伯陨石坑（Chicxulub Crater）是位于墨西哥尤卡坦半岛的一个陨石坑撞击遗迹。尤卡坦半岛东靠加勒比海，西临墨西哥湾、坎佩切湾，东北隔尤卡坦海峡与古巴相望，是古玛雅文化的摇篮之一。希克苏鲁伯撞击，被广泛认为是白垩纪-古近纪大灭绝的主要驱动因素之一，被认为对地球上的生命造成了多次长期的、全球性的影响。

墨西哥湾希克苏鲁伯陨石坑所在位置

2007年9月，美国西南研究院研究人员Bottke W等人利用计算机模拟得出，希克苏鲁伯陨石坑有极大可能（＞90%）是由一个名为巴普提斯蒂娜（Baptistina）的小行星所造成的，该小行星成分与CM2型碳质球粒陨石成分接近，直径约为170公里，运行于主小行星带内部。根据推论，在160±30 Ma以前，巴普提斯蒂娜小行星被撞击后粉碎，主要的碎片形成巴普提斯蒂娜族小行星族（Baptistina asteroid family，BAF），而某些碎片则闯入地球轨道，其中一颗直径约10~15千米的碎片，在6600万年前以45°~60°撞击在了墨西哥尤卡坦半岛[11]，形成了著名的希克苏鲁伯陨石坑。另外，月球表面的第谷环形山直径约为85公里，形成于109±4 Ma前，也可能是（~70%）巴普提斯蒂娜族小行星带的撞击结果。

巴普提斯蒂娜小行星被撞击破碎艺术图

月球第谷环形山

2021年，英国曼彻斯特大学地球与环境科学系研究人员通过对美国北达科他州白垩纪-古近纪边界的鱼类化石进行组织学与同位素分析，包括δ18O和δ16O的形态学周期和环带分布，加之鱼类个体发育和季节性昆虫行为的确证数据，共同表明希克苏鲁伯陨石坑的撞击发生在北半球春季到夏季之间，即鱼类和大部分陆生群类产卵季节后不久。

估算未满一岁Tanis区域鱼类死亡时间表

A—C为现代鱼类分类群（匙吻鲟科、鲟科、弓鳍鱼科）相对于产卵后体型统计范围。早期产卵（ES）和晚期产卵（LS）之间的生长数据提供了给定体型（阴影区域）可能的季节性重点的完整范围。标本分布在早春中期和夏末之间，因此确定的死亡时间为春末至仲夏。

2023年9月，比利时布鲁塞尔皇家天文台研究人员Senel等人通过对美国北达科他州白垩纪-古近纪地层展开研究，提出并建立了基于沉积学约束的古气候模型，用其来估计由于希克苏鲁伯陨石撞击产生的细粒硅酸盐尘埃和硫以及野火产生的烟尘对撞击后气候的综合性影响。研究表明，0.8~8.0 μm硅酸盐粉尘对气候的影响比之前估计的还要大。通过对大气模拟表明，这些硅酸盐粉尘对大气的影响长达15年之久，导致全球平均地表温度下降达15℃，光合作用在撞击发生两年后才逐步恢复。

希克苏鲁伯撞击物羽流的概念模型，显示了粗粒和细粒撞击产生喷出物的不同产生、运输和沉积阶段

a—挖掘阶段，来自东北方向10~15千米的陨石以45°坠向地表。尤卡坦岩石被移位，形成一个边缘凸起的瞬态空腔，并在撞击羽流中喷射出来。玻璃状的撞击熔融球体和花岗岩基底中受冲击的矿物迅速溅射离开陨石坑。b—在美国北达科他州希克苏鲁伯以北约3000公里的陆地上的Tanis 站点，撞击引起的冲击波引发了河流沉积物顶部的地震沉降事件。随后受到冲击的矿物碎屑坠落，沉积事件发生在撞击事件两小时内。c—撞击地点，在挖掘阶段结束后的几分钟内，空洞边缘坍塌，而中心区域的岩石首先隆起，然后向下和向外沉降，形成一个峰环。与此同时，带有细颗粒喷射物（含硫气体中的硅酸盐尘埃、烟灰和硫酸盐颗粒）的冲击羽流生长、膨胀并上升到平流层，从而将物质分布在全球各地。d—Tanis，撞击后的几年里大气沉降被富镍尖晶石球粒、野火产生的烟灰颗粒和大部分硅酸盐尘埃所取代。图d右下角显示了一个由砂质砂岩层组成的地层示意图，其中有玻璃状的小球体，其次是含有冲击矿物的粘土岩、富镍尖晶石和富铱的粉尘，上面覆盖着褐煤。

希克苏鲁伯撞击产生的全球气候响应的时间演变

时间演化显示了从撞击事件前2年到撞击后的25年，分别为硅酸盐尘埃、硫、烟灰和综合情景。a—全球地表平均温度；b—全球柱状集成细粒喷射物质量；c—全球地表向下长波辐射平均通量；d—全球PAR平均通量。在X轴上，0年表示撞击事件发生年份的开始。紫色实线表示希克苏鲁伯撞击发生时刻，即北半球春季。

撞击事件发生后，全球季节性温度变化在15℃~19℃之间。希克苏鲁伯撞击导致的冬季，破坏了温室气候、导致了海洋尤其是陆地区域的温度骤降。由于大小和时间尺度的不同，每一种细粒度的喷射类型都使得撞击初期全球冷却时间的延长。其中由硫尘埃造成的地表温度影响最低，全球平均降温为3℃，其次是硅酸盐尘埃情景，全球平均降温为7℃。模拟结果表明，硫分子和硅酸盐尘对地表热强迫都有显著的影响，导致撞击冬季延长至20年，其中，前5 ~ 8年最为严重。

撞击溅射出的巨量硅酸盐粉尘导致了全球变得黑暗，光合作用遭到长期受损，影响时间近1.7年（620天）。如此长时间的灾难对陆地和海洋生境构成了严重挑战。那些不能再适应黑暗、寒冷和食物匮乏的条件，并且已经苦苦生存近两年的生物群体，将经历一次大规模的灭绝。

古生物学记录表明，部分动物和植物可以进入休眠阶段（例如，通过种子、囊肿或在洞穴中冬眠），并且，它们不依赖特定的食物来源，通常情况下更能在大撞击事件中幸存下来。

此外，研究表明，光合作用恢复到撞击前的水平首先发生在地球南部的夏季，大约在撞击后约1.7年。这意味着南半球初级生产力恢复的较早，这与古生物学证据表明南半球的灭绝水平较低相一致，从而导致灭绝和从白垩纪末期灾难中恢复的地理异质性。

参考文献

Archibald J D, Fastovsky D E. Dinosaur Extinction [M]．University of California Press, 2004．

Alvarez L W, Alvarez W, Asaro F, et al. Extraterrestrial cause for the Cretaceous Tertiary extinction [J]. Science, 1980, 208:1095–1108.

Bottke W, Vokrouhlicky D, Nesvorny D. An Asteroid Breakup 160 My Ago as the Probable Source of the K-T Impactor [J]. Nature, 2008,449(6):48-53.

Collins G S. A steeply-inclined trajectory for the Chicxulub impact [J]. Nature Communication 2020, 11: 1480.

Duncan R, A, et al. Rapid eruption of the Deccan flood basalts at the Cretaceous/Tertiary boundary [J]. Nature, 1988, 333 (6176):841 - 843.

Li S, Grasby S E, Xing Y, et al. Mercury contents and isotope ratios in marine and terrestrial archives across the Cretaceous/Paleocene boundary[J]. Earth-Science Reviews, 2023: 104635.

MacLeod N, Rawson P F, Forey P L, et al. The Cretaceous–Tertiary biotic transition[J]. Journal of the Geological Society, 1997, 154 (2):265-292.

Senel C B, Kaskes P, Temel O. Chicxulub impact winter sustained by fine silicate dust [J]. Nature Geoscience, 2023, 16, 1033-1040.

作者|殷一曼 陈宏毅

来源|桂林理工大学地质博物

来源：科学老丁