滅絕 – 第十章 所有的滅絕有可能都源於隕石的撞擊嗎?

我在前一章中提出了關於近十年來對白堊紀/第三紀滅絕事件源於撞擊理論的爭辯可能很快就要解決了。支持這項理論的人們曾經宣稱勝利過,然而各式意見或許將退潮。科學就是如此。不侷限於持續的辯駁,我將揭露一個更廣泛的問題:在生命歷程裡,有可能生物種的滅絕事件中,隕石撞擊是最主要的原因嗎?很奇妙的這是一個較簡單的問題。這裡不祇辯駁單一的事件,,那種情況下一致性或巧合性扮演重要的角色,這一章中將考量到整個滅絕的歷史以及一些模式。

◎似有道理的爭辯
在過去幾年間,我曾經幾度的向我的同行們提出隕石的撞擊或許是造成大部份的滅絕之因。反應是非常奇特怪異的。最普遍的反應類似於〝是否有可能一些大滅絕緣於其它不同的因素呢?〞。當我說〝滅絕〞時,聽者往往讀為〝大滅絕事件〞。對大滅絕之因緣於隕石撞擊被視為爭辯的議題,但是隕石撞擊是造成大部份滅絕之因的說法是如此怪異,以致這類講法很少聽過。在一九八八年召開的滅絕學術研會上,我宣讀了一篇論文述及撞擊造成滅絕的全球一致性。這個概念顯然獲得好評,但大部份的理由是因為我標示出了──思維實驗,並未宣稱要實際的相信它。
是否能夠合理的想像小游興者慧星的撞擊能夠造成背景滅絕同時造成五大滅絕之一或多數的大滅絕?是的,我肯定認為那會完全合理的。從一章撰寫這本書的過程中,我深深感受到要抹滅掉涵蓋廣大範圍的生物種大自然本身極大的困境。比方叢林野鴨,直到人類獵殺之前,事實上是極安全的──至少在人類生存的尺度時間而言。在這樣的事例中,第一擊致使地理分佈的減縮是普遍存在而重要的,甚而可能是極其重要的。
在更新世大冰期時,快速而嚴酷的環境壓力並沒有造成顯著的滅絕高峰。有兩種可能的解釋是:(1)任何一種建構良好的生物種其範圍含括了保護良好的空間來保持這個生物種(2)許多(或者大部份)生物種很快速的遷移,較之氣候區的改變或者海岸線移動要更迅速。顯然的,更新世的大冰河作用不足夠快速也不足夠嚴酷來獵殺到太多的生物種。那麼另外還能有什麼樣的正常地質作用會超過這種步伐以及這種嚴謹的程度呢?
大陸漂移或許是可能性之一,尤其是從生物種/區域效應的角度而言──因為大塊的陸地分離或者聚攏合併。我卻不認為這將可能解釋滅絕的重要部份。在第七章中,我曾經討論到哺乳動物的滅絕緣於沿著巴拿馬運河被迫遷移而來。這個滅絕是真實的,但是一般而言微不足道同時不具有明顯的影響。
第四章中所提到的獵殺曲線建立起滅絕與時間的關係。在這種關係中,時間是最普通的因素,我們能夠假設斷言(做為執行假說,思維實驗或者任何類似說法)所有生物種的滅絕都是由於隕石的撞擊而造成的。如此一來,我們就能夠對兩者關係寫下程式,結合它們,然後消除共同的變數──時間因子。我們這時剩下了單一的程式關聯到滅絕與撞擊。圖10-1是這種程式的一個圖示,顯現在假想隕石撞擊是滅絕的單一原因前題下,繪製的生物種被一個固定大小的隕石撞擊後的獵殺曲線。曲線在隕石坑直徑大於150公里以上呈虛線,因為這是Shoemaker所做造成隕石坑頻率的上限估算值。


<圖10-1解說:生物種滅絕與源於小游星或慧星撞擊造成隕石坑大小的關係曲線。這個曲線無可避免的是結合了獵殺曲線與Shoemaker估算的隕石坑形成頻率的結果──在操作假說中,撞擊主要致使生物滅絕。這個曲線可信服的程度是量度這個假說的效力。>

下一個問題就在圖中撞擊/滅絕曲線是否值得信賴,當與其它撞擊效應的資料去類比時。在Alvarez的研究,估算白堊紀/第三紀的撞擊應該曾經留下一個直徑大約150公里的隕石坑,這樣對應到曲線指示了生物種的獵殺大約為70﹪,非常接近於從那個事件中化石紀錄所估算的滅絕狀況,到目前為止,一切似乎都很美好。超過這個極限的曲線當隕石坑大小增加時,生物種獵殺量緩慢增加。由於這部份曲線為虛線,其位置或許錯誤的,但是至少沒有預測將生命整體消滅掉。這對我的原始構想有所助益,因為數學推演可能演變成截然的不同,曲線或許當隕石坑直徑大到,比如說,200公里時,達到了100﹪生物種的獵殺。
在撞擊/滅絕曲線較低的一端,當非常小的撞擊(及隕石坑小於直徑10公里時),獵殺曲線效應趨近於零。這也符合我們的假設想像,因為有許多小型的隕石坑和不尋常的滅絕似乎無所關聯。全然的依照這個曲線(及其程式),我們發覺到當隕石坑直徑直徑24.5公里時,大約有5﹪的生物種滅絕掉,而這種事件平均每一百萬年發生一次。而5﹪的滅絕大略是我們通常定義一個〝生物地層帶〞的層次──那也是從全球或者近全球基礎上根據化石所認識到最小所的地質時間單位。在地質剖面的全球許多部份,古生物學者曾經估算平均的地層帶的時程大約是一百萬年。
接下來的評論從任何角度而言,並不能證實撞擊/滅絕曲線是有效的來解說因果關係,但是它們確實聽起來瞞合理的。這個曲線連合兩個關係是經由完全獨立的來源──隕石坑與化石──而建立起來的,而其結果頗合理。因而,這對指示撞擊乃滅絕之一般原因之說加強其說服力。

◎觀察得致的爭辯
接續下來,我們必需考量到是否在撞擊時間與滅絕之間真的有所關聯。我將試圖做兩種嘗試,一個是對過去二十年間發表的多量銥元素資料來分析。相較於銥元素而言,撞擊有更好的指示,但是銥元素曾被更廣泛的研究過。第二個嘗試是針對一些已知隕石坑年代檢視,看是否它們與滅絕相符合。
除了白堊紀/第三紀界限而外,已經從另外六個地質層位報告了極佳的銥元素異常現象,分別是:泥盆紀(Frasnian階,367ma BP),侏羅紀(Callorian階,157ma BP),白堊紀(Cenmanian階,90ma BP),白堊紀/第三紀界限(65ma BP),第三紀(始新世,35ma BP),第三紀(中新世中期,12ma Bp)與第三紀(上新世,3ma BP)。
這六個異常是否支持撞擊──滅絕的關聯性是可以辯駁的,同時依賴了許多不同的因素。其中最老的一個泥盆紀的銥異常和主要的滅絕一致。次一個侏羅紀的並非只要滅絕事件,但是卻與化石紀錄而建立的中部/上部侏羅紀界限一致。再次一個白堊紀的異常就為人熟知的滅絕,但被認為是和伴隨海洋中氧的耗盡(缺氧環境)有關。接下來始新世的和滅絕相關,但並非主要的;它同時包括了其它撞擊的證據。而中新世中期的與Sepkoski的資料庫中滅絕峰度符合,但並沒有被古生物學者認識出為主要的滅絕事件。而最年輕的一個上新世異常則為地理上侷限性的銥異常。其伴隨的滅絕則非主要顯著的。因此,銥元素的紀錄是一個混雜的袋子。它是否支持了撞擊/滅絕關聯性則面臨公開持續的辯駁。
關於銥元素異常的資料有兩個嚴重的困境。第一個,大部份的異常是經常是經由尋找已知的滅絕時間地層而獲得的。這可以理解,因為分析銥元素既昂貴而且耗時。因此為什麼不先從你期望找到的點去分析呢?但是在沒有滅絕事件時間面上缺少銥元素的資料若缺乏的話,則這種關係無法很堅實的建立來。較廣泛的調查正在進行,但是對撞擊/滅絕/銥異常的關聯性,現在仍然太早去做任何定論。
另一個困擾在於在六個新的銥異常中三個顯示銥是侷限在所稱疊層石的化石──那是微生物體吸取沉積物顆粒。因此,我們可以辯稱,事實上曾經如此,高的銥富集僅是源於生物得以吸收並集中那些原來就存在於海水中的銥元素。因此,銥或許與任何天外火星物體根本無關。另一方面而言,或者生物攜帶不尋常量的銥,是因為海水中濃度是由於經隕石撞擊後而提高的。
是否有具某種規模的滅絕其缺乏了隕石撞擊的化學證據?肯定的,有許多。最明顯的就是所有滅絕中最大的一個──二疊紀事件──所有試圖找尋撞擊的企圖迄今都失敗。那麼對支持撞擊/滅絕關聯性最好的反駁點就是指出許多大型的撞擊,尤其是那些冰質的慧星,並無需伴隨著銥元素。更進一步而言,二疊紀岩石富含銥元素或許曾經存在,但是卻因侵蝕作用而消逝了──非常合理的可能性,因為撞擊碎片沉積作用非常短暫而快速。
現在回到真正的隕石坑,我們可以列出一份令人極為印像深刻與滅絕一致性的清單。但是我也可能列出一份不怎麼吸引人的清單,。我們接下來看看一組擁護者的宣言,每邊都列出一個意見。

◎滅絕事件關係到隕石坑
根據Grieve與Roberson在一九八七年具權威性的結論,直徑至少在32公里以上,年代至少年輕於寒武紀初起,總共有十一個隕石坑被陸續發現。32公里直徑的體積是很突顯的界限,因為這是必需造成10﹪生物種滅絕(根據圖10-1的撞擊/滅絕曲線)所必需的。在十一個隕石坑中,其中九個在地質上非常合理的準確定了年。這期中,有幾個事實上具有地質年代與大滅絕事件完全符合。
在五大滅絕事件中,其中有三個具有大型伴隨的隕石坑如表中所示。其中地質年代是最可能的(最傾向接受)年代,其不準度個案相異:(1)美國Iowa州,Manson地區(32公里直徑),65百萬年隕石坑。相對應於白堊紀/第三紀界線滅絕事件,65百萬年;(2)加拿大Quebec省,Manicouagan地區(100公里直徑),210Ma隕石坑。相對於三疊紀──侏羅紀界限滅絕事件,208百萬年;(3)加拿大Quebec省,Charlevoix地區(46公里直徑),360百萬年。沒有對應的滅絕事件;(4)瑞典,Siljan地區(52公里直徑),368百萬年;對應於泥盆紀Frasnian-Famennian界限滅絕事件,367百萬年。
就事實上保存並發現大型隕石坑的極低機率而言,令人驚異的是在五大滅絕事件中有三個之多具有相對應的隕石坑存在。事實上,比例太高,以致讓人推測每一個大滅絕可能不祇祇由一個撞擊造成,而是經由集中的物體墜落群(可能是慧星雨),以致增加至少逼個隕石坑能夠被保存下來。慧星與很久以來就被認為是可能造成干擾慧星軌道經由隨意穿越的星體所造成的結果。
有幾個較小規模的滅絕事件也與隕石坑的年代相符合。在俄羅斯的巨大Popigai隕石坑(100公里直徑),定年代約三千九百萬年前(39ma BP),不準確在±9百萬年──這和在新生代始新世末期35百萬年滅絕極相符合。同樣的在魁北克省的Clearwater隕石坑(分別為32公里與22公里直徑),同時形成於二億九千萬年前(290ma BP),不準確在±20百萬年。雖然在這個例子中不準確較大,但是290百萬年的定年,根據一九八九Harland地質時間表,非常符合於石炭紀末期的滅絕事件。
少數並不相應於滅絕的大型隕石坑必然需要做進一步的調查。然而不對應的案例實在太少了,很難抹殺掉隕石坑與滅絕之間的關係。
對小型,直徑不到32公里的隕石,雖然在地質紀錄中甚為普遍,但是很少與認知的滅絕相關聯。可能唯一的例外,是在德國的Ries隕石坑(24公里直徑)與鄰近的Steinheim隕石坑(3.4公里直徑)。兩者都很精確定年在14.8百萬年前,不準度在正負0.7百萬年──非常接近於在中新世晚期(12百萬年前)的小規模滅絕事件。
你是否信服了呢?

◎滅絕事件與隕石坑無關
滅絕事件基本上是無從估算的,因為並無法去分割滅絕頻度的連續性或不同的階段類別。五大滅絕事件與其它分隔出來的僅是因為承繼習俗已。因此,雖然碰巧五個中間有三個似乎與隕石坑相對應符合,當面臨其它滅絕的分類時會破滅,如果我們界定大滅絕為十個大規模的事件,而不是五大,那麼滅絕與隕石坑的符合性比例將迅速下降。因此,由於主觀上滅絕分類的特質,無心的偏頗無可避免,因而任何統計學上的測試於任何結論成為荒得唐的。
在所有滅絕事件中最大規模的──即二疊紀的事件──完全不具有任何隕石坑的證據,因而必然是由其它的因素造成的。撞擊事件與滅絕的年代界定也是不確定的。經由放射性同素定年的誤差可能來自不同之源。雖然正負誤差通常提出,但是錯誤之源與方法上的誤差估算很少被提及。然而即令誤差值被端上臺面呈現出來,許多隕石坑定年極不確定,以致來對比於滅絕年代時常無所助益。例如,在Charlevoix隕石坑360百萬年前的定年其發表的不準確為正負25百萬年。因而,Charlevoix可能介於335-385百萬年之間,這個範圍之中除了泥盆紀的Frasnian事件(367Ma)之外還發生好幾次的滅絕事件。
除了隕石坑定年結果不定外,滅絕事件的界定則更差。考慮侏羅紀末期的定年,有一個重要的滅絕(即Tithonian階的滅絕事件)則在撞擊/滅絕對應中被完全忽略了。在過去十年間所發表的五個主要的地質時間表,侏羅紀末期的定年從130百萬年到145.6百萬年之前的差距。
考量到了這些定年的困境,那麼對任何隕石坑與滅絕的比對,沒有任何意義。垃圾輸入,必然產生還是垃圾。
隕石坑的大小也是問題,因為對兩個大型隕石坑缺少對應的滅絕事件,始終沒有人談及。它們就是位在Nova Scotia外大陸棚上的Montagnais隕石坑,以及在澳洲昆士蘭省的Tookoonooka隕石坑。前者45公里直徑,51百萬年前造成;後者55公里直徑,128百萬年前造成。兩者都遠大於32公里的最小界限,那是用來做為顯著生物影響指標的下限。但沒有一個隕石坑伴隨有顯著的滅絕事件──除了有些論文認為Tookoonooka與侏羅紀末期的界限(根據Harland 1982年的地質時間表)接近。
即使一個大型隕石坑不具相伴隨的滅絕事件是具決定性的矛盾之處。如果從一個大的隕石撞擊事件所釋放的能量會造成大量生物種的消逝,因此,滅絕必然要伴隨所有大型隕石坑而發生,而不是大多數或者某些的大型隕石坑。這個是任何統計學上的質疑無所遁形之處。
從證據顯示,我們必然要下的結論是:在隕石坑與滅絕之一致性必然為偶然的,採樣不足的,或許是經由篩選資料上的偏剖(無心之過)所致。

◎評價
在科學上發表的論文傾向於一種擁護支持的論點。在科學的撰寫,往往難容許困惑或者不確定詞句的存在。很像是律師的信條中,經常使用最強列的案例來支持每一個結論。我不知道它是如何開始,但那是文化的一部份。雖然這種訓練有其益處,但其負面影響,卻阻礙了科學的團隊尋求困難的研究議題──這些議題不具清晰的答案,但卻需要討論並提出各種可能的不同假說。
就我的觀點而言,我對上述相對立的論點都能給予支持。有很大一部份本於如何去選取排比這些資料。第一個論點非常吸引人而且對進一步的研究有正面的挑戰性。第二個論點則是較保首而負面的,並且其作者顯然試圖不信服整個的概念。前者的作者似乎是善類,但是後者的研究者則是較佳的科學家。堅持於嚴謹的邏輯與小心求證於每一步驟。
注意到兩方研究者都應用了一些陷阱與小手段來支持其論點。前者基於觀察的一致性,忽略了Montagnais和Tookoonooka隕石坑,而後者則強調這兩個隕石坑──他們沒又列入最新發表的隕石坑清單(Grieve與Robertson,1987發表)。兩者都沒有引用文獻資料的附加令人不敢茍同。最後一點,後者作者兩次提及,宣稱撞擊造成的滅絕是歸罪於無情的偏頗是對敵人露骨的挑撥。在科學論文中這種情緒無容身之所。

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