恐龙灭绝之谜

恐龙灭绝之谜我们人类如今能够统治地球，有很多原因。其中之一，就是曾经统治地球的恐龙灭绝了。假如恐龙没有灭绝，一切可就不一样了，现在恐怕还是恐龙的天下。哺乳动物很早就生活在地球上了，但是一直没有取得优势地位，正是恐龙灭绝，哺乳动物才慢慢占据了优势地位，人类才得以进化而来。那么，曾经统治了地球上亿年的霸主，经历了漫长的演化和适应，看起来生机勃勃，究竟为什么，突然间就灭绝了呢？提到恐龙灭绝的原因，可能很多人马上都会想到，那是6500万年前，一颗小行星撞击地球所导致的。不过，恐怕大部分人都知道这个答案，却并不知这个答案是如何得到的。如果我问你，恐龙的灭绝，为什么不是地磁偏转导致的呢？为什么不是巨大的火山爆发导致的呢？为什么不是气温异常导致的呢？为什么不是全球性的强烈酸雨导致的呢？为什么不是因为被子植物的昌盛，挤占了裸子植物的生存空间，而恐龙无法适应被子植物而导致的灭绝呢？其实，我问的这些为什么，都是这一百年以来恐龙灭绝的假说之一。可是，为什么这么多假说中，小行星撞地球这个看起来更加离奇的答案会得到主流科学界的认同，从而广泛流传呢？我今天想给大家讲讲这个故事，并不仅仅是为了解释恐龙灭绝的原因，而是想借着这个故事让大家体会科学家得出一个结论的过程，就像是侦探破案一样，从现象中分析线索，做出假设，然后寻求验证，最终得出结论。而这其中的曲折和精彩，一点也不必福尔摩斯探案来的少。首先，大家知道科学家是怎么知道曾经的地球上都生活过什么物种的吗？对了，化石，在岩石中保存下来的生物的遗体或者遗迹。这是最最重要的线索。通过不同年代地层中挖掘出的化石，我们可以计算出哪一个时代，都生活着哪一些生物。我们在侏罗纪和白垩纪的地层中发现了大量的恐龙化石，所以知道曾经地球上生活过这样一种神奇的生物。可是，白垩纪之后的地层中，恐龙化石消失了，再也找不到了。也就是说，恐龙从此灭绝了。直到现在，我们再也没有见过真正的恐龙。那么问题就来了，恐龙是怎样灭绝的呢？这个问题直到上世纪80年代还没有定论，各种各样的假说和猜想都有，但都没有特别确凿的证据。直到，我们的主角登场：地质学家沃尔特阿尔瓦雷茨。当时地磁逆转（每过一段时间，地球的南北磁极会对调）是一个热门的研究方向，沃尔特也在做这个方面的研究。他与他的同事们在意大利的古比奥找到了一种粉色的石灰岩(（粉色石灰岩）scaglia rossa)，这种石灰岩的形成过程记录了地磁逆转的时间点。同时，这种石灰岩里包含了很多微小海洋生物（Foraminifera，有孔虫门）的化石。沃尔特发现了一个奇怪的现象：白垩纪末期的石灰岩里，有孔虫门的化石种类繁多，体积较大；在这岩石之上，有一层一两厘米厚的“粘土”，其中没有任何的有孔虫门化石；而在这层“粘土”之上，又有很多有孔虫门的化石，但种类很少，而且普遍很小，与之前的化石完全不同。大概就像这样：用沃尔特的话来说，这个变化看起来实在是太突然了(looked very abrupt)。更重要的是，较大化石消失的时间点，正好是恐龙灭绝的时间点。沃尔特认为这恐怕不是偶然，于是他打算弄清楚这层薄薄的“粘土”代表了多长一段时间。怎么才能知道这段时间有多长呢？沃尔特（为了避免混淆，以下都用名来称呼）向父亲路易斯 求助。路易斯是诺贝尔物理学奖得主，。当得知沃尔特的这个问题之后，路易斯非常感兴趣，并且提出可以利用元素铱(Iridium)来测量这层“粘土”的时间。怎么利用铱来测量时间呢？原理其实很简单：铱在地球上很稀少，但在流星中却很常见。所以，铱会以宇宙尘（cosmic dust）的形式，以一个稳定、缓慢的速度落到地球上。这层“粘土”形成的时间越长，其中就会含有越多的铱。铱落到地球的平均速率大概是每平方厘米每年10 的负13次方克，而包含这层“粘土”的十厘米厚的岩石中测出了约10的负7次方克的铱。所以，这十厘米的岩石正常形成所需的时间是13-7，就是10的6次方年，也就是100万年。然而，还记得沃尔特最开始到意大利的古比奥是研究地磁逆转的吗？通过（粉色石灰岩）scaglia rossa，他们已经测出包含这十厘米的两米厚的岩石是花了大约是50万年时间形成的。问题来了：200 cm厚的岩石花了50万年就形成了，其中一段10 cm厚的岩石怎么可能要花100万年才形成呢？也就是说，那10 cm厚的岩石中，铱的含量爆表了，所以应该不是正常累积下来的。中取了另一份白垩纪末期的岩石样本，为了确认，沃尔特去了一趟丹麦，从Stevns Klint（石灰岩峭壁）其中铱的含量也爆表了。而随后从新西兰的新西兰南岛采集来的样本中，铱的含量也爆表了。这到底怎么回事？没有人能解释。路易斯预感到这绝对将是一个伟大的发现。用他同事的话来形容，路易斯得知铱爆表的消息后的反应如同鲨鱼嗅到了鲜血一般。沃尔特和路易斯提出了很多理论来解释这一现象，但一一被实验数据推翻。在长达一年的讨论之后，他们发表了一篇论文，提出了流星撞击理论：在约6500万年前的某一天（后来修改为6600万年前），一颗直径6英里的小行星与地球相撞。释放出能量的数量级约等于一百万亿吨TNT的爆炸当量，随后，撞击产生的碎片与尘埃（包含铱）蔓延全球，白天变成黑夜，温度骤降，大灭绝开始了。流星撞击理论一提出便受到了强烈反响，当然这其中也少不了Time、Newsweek这些杂志的宣传炒作。然而古生物学界却是一片谩骂的声音，比如一位古生物学家接受纽约时报采访时说：那些人简直自大到让人难以置信的地步。他们对于动物是如何进化、生存与灭绝的一无所知。尽管如此无知，他们却认为只需要摆弄摆弄一些看起来很高端的仪器就可以颠覆科学了。当然，这些批评与质疑的出现并不是毫无道理的。科学界有一句名言：石破天惊的断言需要非同寻常的证据。可是这个理论除了爆表的铱以外，还有什么证据可以支持呢？如果这是法庭上判案的话，你要提出一个新的主张，那么你就要拿出强有力的证据链，互相咬合，共同证明，仅仅只是元素铱的暴表，证据的力度还不够，还没有形成互相咬合的证据链。所以对于大多数科学家来说，流星撞击理论是一个很虚无的理论，并不是说这个理论缺乏可证伪性，而是这个理论是在解释一个根本没有发生的事件！不过，科学家争论一个理论，不是打嘴仗的，那是凭证据说话的，流星撞击理论在刚提出来时，虽然因为证据力不足而不被主流科学界接受，但更多的人知道了这个假设，就会有更多的人来验证这个理论，无论是证明还是证伪，大家都会想许多办法。比如冲击石英(Shocked Quartz)：冲击石英只有在极高压、有限温度下才能形成。地球上只有三个地方可以找到冲击石英：陨石撞击坑、核试验场所和实验室。火山活动不足以形成冲击石英，所以它的存在可以显示撞击坑是由陨石撞击形成的，而非火山喷发。1984年，科学家在Montana东部的岩石的K-T Boundary（白垩纪-第三纪灭绝事件）中发现了冲击石英。接着，在德克赛斯南部，科学家发现了一层白垩纪末期的不寻常的沙岩。这种沙岩的成因似乎是剧烈海啸，而如此剧烈的海啸应该会冲刷海岸，留下特殊的印记，沉积下来。于是沃尔特扫描了数以千计的岩芯，终于在墨西哥湾找到了这种特殊的印记。最终，一个直径约为一百英里的陨石坑在尤卡坦半岛(Yucatn Peninsula)被发现，陨石坑之上有半英里厚的沉积物。这个陨石坑与预测的小行星撞击坑完全一致。其实这个陨石坑是被重新发现的。在上世纪五十年代，一家墨西哥国营石油公司曾经发现了它，但当时人们以为这只是海底火山口。海底火山口是不会有石油的嘛，所以这里就被渐渐遗忘了。而当沃尔特去寻找石油公司曾在那块区域的钻出的岩芯时，他们被告知岩芯已被一场大火烧毁。所幸岩芯最后还是找到了，只是当时记不得放哪儿了而已。找到岩芯之后，1991年，沃尔特确定了岩芯的确切地点，并在该地点找到了一层特殊的熔岩速凝体，而且恰恰是在K-T Boundary（白垩纪-第三纪灭绝事件）发现的。这个发现彻底说服了科学家们，流星撞击理论终于被主流学界认可。沃尔特后来在回顾理论提出(1980年)到被学界认可(1991年)这段日子时说：那十一年在那个时候显得很漫长，但回过头来看，这段时间其实非常短。想想，当时每一个地质学家和古生物学家一直以来学习的都是均变论，这些科学家的教授也学的是均变论，他们的教授的教授也是，然而，你要挑战的正是均变论的观点。但，你可以看到，人们确实是看证据说话的。他们最终确实改变了他们的看法。到此为止，这个故事可以告一段落了。科学并不是一拍脑袋就想出来什么理论然后一锤定音的，而是需要通过观察现象、提出假设、作出可证伪的预测或判断、收集证据、检验与修改等等一系列步骤才可以得出结论的。同时，科学家从来不会说自己的理论是永远正确的。理论被一次次修改或推翻，科学才能够进步。灾变论推翻了均变论，让进化论更加强大。