小行星是如何砸死恐龙的？ | PNAS 论文推荐

白垩纪-第三纪灭绝事件（Cretaceous-Palaeogene mass extinction）是地球历史上一次大规模物种灭绝事件。关于它的起因假设众多，小行星碰撞理论便是其中之一。本研究利用现代气候模型研究了小行星撞击后带来的影响。空中漂浮的烟尘遮蔽了阳光，使地球全部陷入黑暗；光合作用失效，海洋大地严寒。残酷的气候持续了数年的时间，生物容身之处几乎为零。

撰文 Steve Drury

翻译 卓思琪

审校 访冬 阿金

现在，我们可以确定，6600万年前的白垩纪-第三纪界线与一颗直径10公里的小行星有关，它的撞击形成了墨西哥尤卡坦半岛上臭名昭著的希克苏鲁伯陨石坑。无论这次撞击是否引发了海洋和陆地动、植物的大规模灭绝（德干暗色岩火山爆发至今仍被认为也是造成灭绝事件的原因之一），随后产生的火山爆发，恰好与白垩纪－古近纪界线的时间相一致。

在界线岩石中，除了大量的石英颗粒、浓度异常高的铱元素和玻璃球粒，还蕴含着丰富的碳元素，这些碳常被认为是植被大规模燃烧后释放的煤烟沉积。最近，对中生代与当代琥珀进行的碳同位素分析比较表明，在白垩纪晚期，大气中的氧含量水平略低于现在，但有其他研究却认为，当时的含氧量要明显高于当今的水平。不管怎样，在烟尘从喷射到弥漫整个大气层的数年间，全球范围内的野火一直在燃烧。据估计，“至少”有7,000亿吨的烟尘沉积下来，暗示着白垩纪大部分的陆地以及土壤中的生物量都在该事件中泯灭成烟，飘向空中。

Charles Bardeen 和他的同事在研究中模拟了这场大灾难中的气候变化和化学效应，相关论文于八月发表在 PNAS 上（论文信息见文末）。据该研究显示，小行星撞击后发生了大规模的火灾，而当时大气层中的烟尘量约在15,000亿吨左右。

虽然火灾和海水蒸发释放的大量二氧化碳和水蒸汽增强了温室效应，研究却发现细小的烟尘颗粒散布并覆盖住全球的平流层。这些烟尘至少滞留了1年，遮蔽了阳光，使得植物无法进行光合作用；而陆地和海洋表面温度则分别下降了28℃和11℃，造成了中纬度的严寒的气候（下图）。

 小行星撞击后18-42个月中，温度高于0℃的天数

另一方面，位于平流层的烟尘吸收了太阳辐射，致使上层大气温度上升几百度，臭氧层遭到破坏。而当烟尘尽数飘落，大量紫外线会持续照射地表，长达一年之久。

最主要的是，这场气候变化使陆地植被及海洋浮游微生物同时遭到破坏；大量的食物链不复存在，让赖以生存的动物面临灭顶之灾。

在第三纪灭绝事件的众多假设中，印度德干高原火山的喷发释放大量二氧化碳，引起温室效应和上层海洋酸化增加，可能同样给生物圈带来压力，但相比之下，希克苏鲁伯小行星所造成的影响更加迅猛骇人。

原文链接  

https://earth-pages.co.uk/2017/09/04/wildfires-and-climate-at-the-k-pg-boundary/

【题目】On transient climate change at the Cretaceous−Paleogene boundary dueto atmospheric soot injections

【作者】Charles G. Bardeen, Rolando R. Garcia, Owen B.Toon, and Andrew J. Conley

【期刊】PNAS

【DOI】10.1073/pnas.1708980114

【摘要】Climate simulations that consider injection into the atmosphere of15,000 Tg of soot, the amount estimated to be present at theCretaceous−Paleogene boundary, produce what might have been one of the largestepisodes of transient climate change in Earth history. The observed soot isbelieved to originate from global wildfires ignited after the impact of a10-km-diameter asteroid on the Yucatán Peninsula 66 million y ago. Followinginjection into the atmosphere, the soot is heated by sunlight and lofted to greatheights, resulting in a worldwide soot aerosol layer that lasts several years.As a result, little or no sunlight reaches the surface for over a year, suchthat photosynthesis is impossible and continents and oceans cool by as much as28 °C and 11 °C, respectively. The absorption of light by the soot heats theupper atmosphere by hundreds of degrees. These high temperatures, together witha massive injection of water, which is a source of odd-hydrogen radicals,destroy the stratospheric ozone layer, such that Earth’s surface receives highdoses of UV radiation for about a year once the soot clears, five years afterthe impact. Temperatures remain above freezing in the oceans, coastal areas,and parts of the Tropics, but photosynthesis is severely inhibited for thefirst 1 y to 2 y, and freezing temperatures persist at middle latitudes for 3 yto 4 y. Refugia from these effects would have been very limited. The transientclimate perturbation ends abruptly as the stratosphere cools and becomessupersaturated, causing rapid dehydration that removes all remaining soot viawet deposition.

【原文链接】http://www.pnas.org/content/114/36/E7415.abstract