誰殺了恐龍？—K/T界線的滅絕事件

楊曉明

 

 

 

 

 

                    

 

圖一•地質年代表，K/T滅絕發生的年代

 

《前言》

    六千五百萬年前，恐龍滅絕了。什麽是滅絕？簡單的說，就是地球上大半的生物突然間消失得無影無蹤。在地球的歷史中，也不僅僅只有這一次的滅絕事件。誰是生物滅絕事件的幕後兇手呢？這個問題引起了很大的爭議，科學家們也有諸多的揣測，有的聽來似乎合理、有的卻天馬行空，到底哪個是真、哪個是假，也還未有個定論。本文將介紹白堊紀〈Cretaceous〉－第三紀〈Tertiary〉界線〈K/T Boundary〉間的生物滅絕事件，就來看看這慘烈事件的背後究竟是誰在搞鬼！

 

《漸變與災變的爭議》

    在生物演化這條道路上，地質與古生物學者一直以來皆分爲兩派：漸變論與災變論。這兩派學者成天吵吵鬧鬧，爭議不斷。他們尋找、提出不同的證據，為的就是要反駁對方的理論。然而什麼是漸變論？什麼又是災變論呢？

    漸變論者所信奉的教條，為十八世紀地質學之父赫登〈James Hutton〉所提出的「均變律」。均變律強調所有的地質活動的進行皆為緩慢而不斷累積的，過去所進行的地質作用與現在所進行的也是相同的，簡單的說就是「現今是開啟過去的一把鑰匙」，也就是「古今同律」。而災變論最早則出現於聖經中的「諾亞洪水」，最初的災變論者認為「創世紀」前的世界就是因為洪水這個大災難而毀滅的，在當時災變論比較偏向於神學式的說法。

    漸變論者以各種地質作用的發生作為漸變的證據，而災變論者則持著洪水遺跡宣稱地球上曾發生大災變。在地質學歷史中，漸變論和災變論輪番上場，所提出的證據也越來越讓人信服。一直到今天，漸變與災變又有一方暫時領先了，是誰？是災變。

 

 

《關於滅絕》

    從寒武紀以來的六億多年間，地球的歷史上曾經發生過了五次大規模的生物滅絕事件，通稱為「五大滅絕事件〈The Big Five〉」。五大滅絕事件所發生的時間分別位於奧陶紀〈Ordovician〉與志留紀〈Silurian〉之間、泥盆紀〈Devonian〉與石炭紀〈Carboniferous〉之間、二疊紀〈Permian〉與三疊紀〈Triassic〉之間、三疊紀與侏儸紀〈Jurassic〉之間和白堊紀與第三紀之間。而五大滅絕事件中距離現在最近的、最為人所知而且最令人感到好奇的，就是白堊紀末期到早第三紀的恐龍滅絕事件。

六千五百萬年前不僅恐龍不見了，天上飛的、海裡游的和陸地上走的，不管是大、是小幾乎都不見了，地球上三分之二以上的生物消失了！地質學和古生物學家們有許多的猜測，其中漸變論者認為恐龍應該是「慢慢」死去的，而災變論者則認為恐龍是「一夕之間」死去的。兩個完全相反的推測，究竟哪一個是對的呢？

對於這個事件，我所好奇的地方是，地質學家和古生物學家到底是如何得知這場「兇殺案」曾經發生過？他們又是如何來看待這整個事件發生的經過？

 

《界線黏土》

    位於義大利的小鎮古比奧〈Gubbio〉看似不起眼，但卻是地質學家們嚮往之地。因為古比奧鎮外一處稱為「紅色鈣質頁岩」的沉積露頭中擁有完整的白堊紀到第三紀間的地層剖面，其中紀錄了中生代與新生代的過渡期。

   圖二•目前全球發現界線黏土的分布

   

在古比奧的剖面中，一層由有孔蟲的骨骼和超微化石堆積成的厚厚石灰岩上覆蓋了一層黏土，這層黏土厚約一公分，其間並未發現化石，看起來像是於無生命的海洋中沉積而形成的，地質學家把這層黏土稱為界線黏土〈位於丹麥的界線黏土稱為魚黏土，因為在黏土中發現一些魚骨頭化石〉。在界線黏土的上方又是                             一層石灰岩，這是新生代第三紀的沉積物，同樣是由有孔蟲的骨骼和超微化石堆積而成的，不同的是微體古生物學家普茉莉－席爾娃〈Isabella Premoli-Silva〉在白堊紀的石  

灰岩中發現的有孔蟲個體特別粗壯，相反的，第三紀早期石灰岩中發現的有孔蟲卻是小的可憐，個體大小大概只有白堊紀有孔蟲的十分之一。微體古生物學家從地層剖面中發現，從白堊紀中期開始，有孔蟲的演化非常迅速，而在白堊紀後期達到巔峰期，但一過了界線之後，所有白堊紀的有孔蟲通通消失不見了，直至新生代也不曾再出現。                 圖三•有孔蟲化石

 

 

 

 

 

 

 


圖四•界線黏土(1)                            圖五•界線黏土(2)

 

漸變論者相信自然界中的演化是不可能會突然躍進好大一步的，但白堊紀和第三紀有孔蟲的種、屬卻是完全不相同的，漸變論者認為那是因為地質紀錄的缺失而造成的結果，但古比奧剖面中完整的沉積序列卻完全沒有地質紀錄中斷的現象。除此之外，薄薄的界線黏土沉積所經歷的時間也不足夠能讓白堊紀末期的有孔蟲演化成新生代有孔蟲的模樣。漸變論者所堅信的論點，因此產生了動搖。

白堊紀的末期似乎真的是經歷了一場大災難，使得多數的生物滅絕了。這場災難究竟是場什麼樣的災難？很令人好奇。地質學家們後來也在界線黏土中發現了很特別的元素，而這個元素似乎可以用來揪出造成這場大災難的幕後兇手，這個元素是 － 銥〈Ir〉。

 

《親鐵元素異常》

    銥是鉑族元素〈platinum group〉的一種，也稱作「親鐵元素」。銥在地表岩石圈的含量非常稀少，卻大量存在於隕石中。

銥和K/T界線滅絕事件有什麼關係？當然有關係，華特•阿佛雷茲〈Walter Alvarez〉與其父親、阿薩羅〈Frank Asaro〉和蜜雪〈Helen Michel〉所組成的柏克萊研究組利用中子活化分析法，檢測出界線黏土中銥含量值的異常。他們發現界線黏土上下方的石灰岩中銥元素的豐度為0.3 p.p.b.，屬於正常值。但古比奧的界線黏土中，銥含量的最高值居然達到10 p.p.b.，約為正常值的三十倍，而界線黏土以上一公尺處銥的含量則又回到了0.3 p.p.b.的正常背景值。更令人訝異的是，位於丹麥的魚黏土中銥元素的豐度竟                             然高達65 p.p.b.，這個異常值居然超過了正      圖六•界線黏土中的銥元素異常

常值約兩百倍〈此地的銥含量正常背景值也約為0.3 p.p.b.〉，就如同古比奧的剖面，魚黏土以上的石灰岩 中，銥的含量便漸漸減少，直至回到正常的背景值。

 

除此之外，像金、鋨〈Os〉、鈀〈Pd〉、鉑、錸〈Re〉、鎳、鉻、鐵和鈷等親鐵元素都有異常的富集現象。在隕石中很普遍、濃度很高的親鐵元素，為何會大量出現在K/T界線的界線黏土中呢？從親鐵元素的富集程度來看，白堊紀末期應該有一顆直徑超過10公里的隕石造訪過地球，而且使之後的海洋呈現無生命的狀態。白堊紀末期真的有隕石到訪嗎？解決這個問題最簡單的方法就是 － 找一個符合年代的巨大隕石坑。

 

《奇求魯布〈Chicxulub〉隕石坑》

    「凡走過必留下痕跡」，如果白堊紀末期真的有隕石到訪地球，那麼證據在哪？該留下來的隕石坑又在哪？

    我們把案發現場轉移至南美洲墨西哥的猶加敦〈Yucatan〉半島，一群任職於墨西哥石油公司的地質學家，原本打算在猶加敦半島北部波多奇求魯布村〈Puerto Chicxulub〉附近的海岸平原探 圖八•奇求魯布隕石坑的地理位置  勘石油，他們利用重力異常值來測量當地的岩層密度以推斷地底下是否有石油存在，結果他們沒發現石油，卻發現了地底下有一個巨型的圓形重力異常結構，在參考了不少文獻後，他們發現這個圓形的結構和隕石坑的結構一模一樣，而且比之前其他的地質學家發現的許多隕石坑還要大很多，再加上他們在圓坑結構上發現了不少高壓礦物〈變形石英〉，可以斷定這個圓坑應該就是個貨真價實的隕石坑了。

圖九•隕石坑重力異常                圖十•奇求魯布隕石坑側面結構

 

地質學家把這個巨型隕石坑稱作「奇求魯布隕石坑」，是以隕石坑位置所在的波多奇求魯布村並名的。奇求魯布隕石坑的直徑大約180公里，一半位於海底，一半位於陸地，是一個多重環峰狀的隕石坑，利用重力異常值推算是由東南方撞擊而成的。經過定年，結果顯示這個隕石坑大約形成於六千五百萬年前，正好是恐龍滅絕之時，而在各地的白堊紀末期岩層中也發現了重要的證據－似曜岩〈tektite，為隕石撞擊地球時，地球物質熔化再結晶形成的〉。照這樣看來，形成奇求魯布隕石坑的那顆隕石，極有可能就是造成白堊紀末期大規模生物滅絕的主兇。至於隕石撞擊為何會造成大規模的生物滅絕，地質學家與古生物學家們也提出了不少有趣的想法！

 

《被毒死的？》

    白堊紀末期的生物有可能是被「毒死」的嗎？假使兇手是彗星或隕石就有這個可能性。

彗星是由冰雪和灰塵組成的，但比較少人知道的是，彗星中還含有致命的毒素－氰化物。如果彗星撞上地球，氰化物便會污染海洋而引起毒化作用，使海洋中的浮游生物大量死亡，連帶的也造成大規模的生物滅絕。

除此之外，隕石中也可能含有許多有毒元素，像鉻、鈷、鎳、銻〈Sb〉、銠〈Rh〉、釕〈Ru〉、鋨等重金屬和硒、砷等元素，都是屬於致命的有毒物質，特別是釕和鋨，只要有十億分之幾的濃度就足以危害生物的生存。如果一顆直徑超過10公里的隕石撞上地球，所帶來的有毒元素濃度是也相當可觀的，假使將這些毒素平均散佈到全球，那麼地球上每平方公尺將會有三公斤的有毒物質！聽起來很可怕，但這些毒素只污染了局部地區的可能性較大，因為根據分析落到深海底的地外毒素似乎很少。

白堊紀末期的生物真的是被毒死的嗎？可能性是有的，至少地質學家們曾經這樣猜測過，不過這樣的論點似乎是有缺陷的，因為星體撞擊地球時產生的高溫高壓很可能就把氰化物的化學結構破壞了，而重金屬可能也只污染了部分地區，應該不至於造成K/T界線大規模的生物滅絕。

 

《光合作用中斷》

    事實上，古生物學家們認為最有可能造成大規模生物滅絕的原因，就是在隕石撞擊地球後產生了光合作用的中斷。

    隕石撞擊地球後，所揚起的漫天塵土直升至同溫層，隨著大氣的環流，這些塵土散佈到了全球，遮蔽了陽光，使整個地球籠罩在黑暗之下。所造成的結果就是，陸地上的植物無法行光合作用、製造養分，而紛紛枯死，使陸地上的生物失去食物來源。而海洋中，浮游植物同樣無法進行 光合作用，氧氣的來源盡失，也使得海洋中的生物大量死去。

   圖十一•塵土遮蔽太陽光輻射，大地一片死寂

    光合作用的中斷，使得生物失去了食物和氧氣的來源。太陽輻射被塵土隔絕後，不僅無法進行光合作用，也使得地表氣溫驟降，地表氣溫最低可能會降至零下四十度，而形成「撞擊冬天」。這個現象大概會持續幾個月到幾十年之久。

在歷經了撞擊冬天之後，由於生物行呼吸作用所產生的二氧化碳無法藉由植物行光合作用和有孔蟲來消耗，使得越來越多的二氧化碳聚集，所造成的便是越來越嚴重的溫室效應。在這樣嚴酷的環境下，生物想要生存就更不容易了。

 

《傾盆酸雨》

     隕石在衝入地表大氣之時，加熱了附近的空氣，而產生大量的氮氧化物，像是NO〈一氧化氮〉、NO2〈二氧化氮〉、N2O4〈四氧化二氮〉等和其他形式的NOx。這些氮氧化物將會污染地表大氣層，瀰漫在空氣中的氮氧化物與大氣中的水氣結合後就會形成硝酸，隨著雨滴降下來便形成酸雨。

    一般來說，海水表層的pH值約為8.3，偏鹼性。如果pH值降低了，便有可能造成海洋生物的大量死亡。在白堊紀末期的古海洋中，因為天空降下酸雨，表層海水的pH值從8.3降到了7.8，使海洋中的碳酸鈣〈CaCO3〉加速分解，形成了大量的二氧化碳，使

     圖十二•酸雨滂沱

海水更加酸化，浮游生物因為無法適應pH值的突然 改變，便開始大量死亡。而在撞擊冬天之後，空氣中的二氧化碳數量也越來越多，使酸雨的pH值更低了，海水也就比之前又更加酸化了。而且酸雨也會侵蝕陸地上的植物和生物的皮膚，因此生物的生存就更加困難了。

    除此之外，氮氧化物也會破化臭氧層結構，使進入大氣層的紫外線增多。地質學家推測，隕石撞擊後至少十年內，臭氧層就會完全被破壞，屆時紫外線便無任何阻擋而恣意地侵襲地表了。

    滂沱的酸雨加上強烈的紫外線侵襲，也難怪稱霸地球一億六千五百多萬年的恐龍要在此時滅絕了。

 

《洪流玄武岩》

    在隕石撞擊說之前，火山活動為地質學家主要相信的生物滅絕說法，而支持這個論點的地質學家也還真不少！

    某些地質學家認為，白堊紀末期的滅絕事件可能是因為在當時有許多個大型的火山同時爆發而造成。但火山學家卻指出，在地層紀錄中並沒有任何足夠大的            圖十三•洪流玄武岩噴發

火山同時爆發過，更不用說是在白堊紀末期同時爆發了。因此大部分地質學家反而認為另一種類型的火山活動比較有可能發生－火山熔岩流。

    會這麼說，當然是有理由的。因為地史上幾次的生物滅絕事件發生的同時，都正好有洪流玄武岩的噴發。舉例來說，在P/T界線〈二疊紀/三疊紀〉的地層間有西伯利亞洪流玄武岩的噴發，而在本文的主角白堊紀末期則有地度德干洪流玄武岩的噴發。

圖十三•天體撞擊、火山爆發與主要的大滅絕事件

    「火山說」雖然是一個完全不一樣的想法，但其實它所造成的結果也和隕石撞擊差不多。火山作用所噴發出來大量的火山物質，同樣會遮蔽陽光，使植物無法進行光合作用。而火山物質中含

有大量的硫化物，遇到空氣中的水氣後，便會形成硫酸，使雨水受到污染而降下酸雨。其結果正如同前兩部分所敘述的那樣，也能解釋大規模的生物滅絕。

    雖然這麼說似乎也沒有錯，但隕石撞擊說的證據比較起來卻多了一點，也難怪現在大部分的地質學家都比較相信撞擊說了。但也有另一個可能，隕石撞擊引起了火山爆發，也就是洪流玄武岩的噴發。說來說去還是跟隕石脫不了關係，不過隕石的撞擊地點猶加敦半島和印度德干高原的距離也太遠了些吧！

    即使隕石撞擊說略勝了一籌，但一些關於火山說的證據也持續發現中。一個是兇手，一個是幫兇，也許白堊紀末期的生物滅絕是由兩種形式的災難一起造成的也說不定！

   

《一定是適者才生存？》

    西元1858年，達爾文提出了「天擇說」，強調「物競天擇，適者生存」。許多地質學家和古生物學家都堅信這個論點，認為白堊紀末期生物應該是為了生存而互相競爭，於是產生了「適合生存」和「不適合生存」，所以恐龍滅絕了，而哺乳類動物取而代之興起。

    事實真的是這樣的嗎？從化石紀錄來看，白堊紀末期的物種並沒有明顯增加，又何須競爭呢？恐龍的死真的是不「適應」嗎？依種種的證據，說明了恐龍的滅亡反而可能是運氣太差。如果不是隕石突然的造訪，在化石紀錄中可發現，恐龍和其他白堊紀的生物應該都是處於極盛的狀態。為什麼這群繁盛的生物會一夕之間不見了？簡單的說，這群生物在錯誤的時間生存在錯誤的地方，而導致了牠們的滅亡。

那些存活下來的哺乳類動物呢？牠們有比恐龍強壯嗎？沒有。有比恐龍聰明嗎？不見得。哺乳類動物在當時也受到了一定程度的打擊，只不過存活下的種、屬比較多了點罷了。與其說牠們是適合生存在地球上的「適者」，還不如說他們是在大災難後僥倖存活下來的幸運兒。                         

雖然一切對於災變的推論似乎都很合理，但也不能因此全盤否定「天擇說」或漸變論的觀點。也許這些想法是有瑕疵的，不過生物的演化某些部分還是很符合漸變論的說法，這一點可是不能輕易否定的！                      

 

圖十四•哺乳類動物是災難發生後的倖存者

 

《大滅絕真的存在嗎？》

    手邊正在寫著關於白堊紀末期滅絕事件的專題，心裡卻質疑著大滅絕的存在？這並沒有什麼好奇怪的，會有這樣的質疑其實只是時間尺度的問題。

    許多地質學家和古生物學家總是說恐龍的滅絕是在「一夕之間」，問題就出在這「一夕之間」了。他們所指的「一夕之間」所經過的時間到底是多長啊？是幾小時、幾年、幾千年、幾萬年……，還是幾十萬年、幾百萬年？一般來說，地質學家們通常對於地層中解析出來的時間尺度很不確定，如果生物的滅亡是經過了幾十萬年或幾百萬年，這和生物循序漸進的演化歷程有什麼不一樣〈只差牠們是邁向死亡，而不是日漸茁壯〉，充其量也只能稱作「絕種」，不能算是「滅絕」吧！

    是演化終點也好，是滅絕也好，不管怎麼說，中生代的生物終究還是消失在這個地球上了。關於牠們消失的秘密，地質學家和古生物學家的奇想還是不曾間斷，所有的想法、說法不過都是推測罷了，畢竟我們不可能乘坐著時光機回到白堊紀末期去看看，那個時後的地球到底發生了什麼事，對於科學家們的說法我們也只能姑且信之了。白堊紀末期究竟發生了什麼大事？就……發揮一下想像力吧！

 

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