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地球曾兩年不見太陽 你知道它經歷咩嗎?

在地球的漫長歷史中,曾發生過多次類似地獄般的插曲,甚至好萊塢最誇張的災難片與之相比都像在“陽光明媚的午後進行野餐”。其中,白堊紀末期的物種滅絕係最著名的,因為它導致恐龍滅絕,並為哺乳動物的崛起打開了大門,雖然大多數人類都認為這係好事。

雖然這個故事係人們耳熟能詳的,但在那次災難中究竟發生了咩仍然需要我們搞明白。在巨大的小行星墜入尤卡坦半島之前,許多物種似乎都陷入了麻煩,也許部分原因係由於長期以來印度發生的大規模火山爆發。這導致有些人質疑,小行星撞擊的影響係否像科學家們所描述的那樣致命。但我們也在細節上填補小行星撞擊對地球造成的影響,其中包括令人震驚的海嘯、肆虐的野火以及令人震驚的氣候效應。那麼這種影響有多致命呢?

不久前的日全食曾導致美國許多地區陷入長達2分鐘的黑暗之中,由此引發許多怪誕的推測。但最近有研究顯示,與大約6550萬年前導致恐龍滅絕的小行星撞地球形成的漫長黑暗時代相比,這無異於“小巫見大巫”。研究人員講,當這顆10公里寬的小行星撞擊地球時,地球陷入了持續了近兩年“暗無天日”的狀態。

在某種程度上,這種黑暗係由全球野火產生的大量煙灰遮住陽光導致的。沒有陽光照射,地球上的植物就無法進行光合作用,地球也會急劇降溫。根據這項研究,這兩個關鍵因素可能會顛覆全球食物鏈,並導致恐龍時代末期的大規模滅絕事件。研究人員表示,這項發現可能有助於科學家理解:為咩在小行星撞到現在的墨西哥尤卡坦半島後,超過75%的物種滅絕了,包括非鳥類恐龍(比如霸王龍)以及大型海洋爬行動物(如蛇頸龍)。

殺手小行星

研究人員稱,當太空岩石撞擊地球時,可能會引發地震、海嘯甚至火山爆發。這顆小行星以如此大的力量撞上地球,促使其岩石在大氣層中汽化。在嗰度,蒸發的岩石會凝結成小顆粒,它們被稱為球粒。當球粒重回到地球上時,它們與空氣分子相撞,摩擦和加熱促使其足以達到在世界各地點燃火焰的溫度。研究人員講,事實上,在地質記錄中仍然可以發現一層薄薄的球粒。

這項研究的首席研究員、美國國家大氣研究中心(NCAR)項目科學家查爾斯·巴丁(Charles Bardeen)表示,大多數大型中生代陸地動物都死於小行星直接撞擊導致的後果,但生活在海洋或地下洞穴或水下的動物暫時可能倖存了下來。他講:“我們的研究主要針對小行星撞擊地球引發的初步影響之後,即地震、海嘯以及火山噴發之後。我們想睇吓大量煙灰產生的長期後果,以及這些後果對嗰啲倖存動物的影響。”

地球沒有光合作用

巴丁表示,儘管研究人員在20世紀70年代末發現了這顆小行星的證據,但在太空岩石撞擊地球後,地球在黑暗中被籠罩了多長時間仍然沒有達成“普遍共識”。巴丁和同事們使用了最新地質記錄中精細煙灰的估計值——即7500億公斤到35萬億公斤之間。然後,研究人員根據這些數據進行了幾次不同的模擬。他們將數字插入到基於NCAR的社區地球系統模型(CESM)中,這係一種現代化學-氣候模型,涵蓋與大氣、陸地、海洋和海冰相關的各種因素。這個模型使科學家能夠模擬小行星撞擊後數年煙灰產生的影響。

巴丁在電子郵件中稱:“不同的研究已經假定了各種類型的粒子,包括灰塵、硫酸鹽和煙灰。所有這些粒子都能阻擋足夠的陽光,導致地面溫度下降。與此同時,煙灰能夠強烈吸收陽光熱量,加熱平流層,並將到達地表的陽光降低到非常低的水平。”

模擬結果顯示,大部分的煙灰在1內都會從大氣中脫落,但仍有足夠的煙灰留在空氣中,在接近2年的時間裏阻擋了99%的太陽光線,兩極煙灰清除的速度最快。而海洋中的光合作用在陽光照射達到1%時就會結束,因此研究人員將這個數據作為植物生命的門檻。

新的研究結果表明,煙灰對地球造成了災難性的影響。巴丁講:“我們的研究表明,在長達兩年的時間裏,陷入黑暗的地球足以使光合作用停止。這將產生毀滅性影響,尤其係在海洋中,因為海洋依賴於浮游植物作為食物的主要來源,而失去浮游植物對整個食物鏈來講將係災難性的。”研究人員還發現,即使煙灰的含量達到了這個估計值的1/3,光合作用仍會停止一年。

其他的災難性影響

除了停止光合作用外,這種遍布全球的煙灰還會阻止太陽的大部分熱量到達地球。研究人員發現,在經歷了撞擊三年後,陸地和海洋的溫度將分別下降28攝氏度和11攝氏度。在最初的幾年裡,地球上的大部分陸地溫度都在零度以下,只有部分海岸和熱帶地區才會脫離霜凍。相比之下,被稱為平流層的上層大氣會變暖,因為那係煙灰流動的地方,它吸收了太陽大部分熱量。

這些炙熱的溫度將耗盡臭氧,並允許大量水蒸氣在平流層盤旋。研究人員稱,當水蒸氣在平流層發生化學反應時,會產生氫化合物,從而進一步破壞臭氧層。而隨着臭氧消失,煙灰消散,有害的紫外線會直接射入地球內部,對地球生命造成危害。

圖:模擬結果顯示,在小行星撞擊地球的第二、第三以及第四年內,陽光照射到地球表面(顏色)的百分比。注意,模擬中使用了現代地球為模板,但在6600萬年前,情況會有所不同。

巴丁認為,由於地面很冷,而煙灰又會加熱周圍空氣,這會大大減緩水的循環,使全球降水量減少3/4,持續時間可能長達6年。甚至連季風也會停止。地球成為黑暗、冰凍、荒蕪的世界。只有極少數地方足夠明亮、足夠溫暖、足夠濕潤,足以讓植物繼續生存。

對於嗰啲設法在這種荒蕪環境中生存的生物,必要的生存條件實際上可以很快恢復正常。在平流層中,煙灰的含量不斷下降,當達到臨界點時,它們很快就會被清理掉。巴丁講,當平流層最終冷卻下來的時候,嗰度的水汽會凝結,並開始下雨,突然把煙灰全部洗掉。隨着煙灰消散,嗰度的空氣會變冷,進而導致水蒸氣凝結成冰顆粒,這些顆粒會沖走更多的煙灰。研究人員發現,一旦這個冷卻周期重複多次,薄煙灰層在幾個月內就會消失。

在模擬中,這個過程會發生行星撞地球7年之後,陽光和大部分降水會恢復。此時,地表溫度僅比最初低5攝氏度,在接下來的10年里也能恢復正常。

巴丁對他的朋友貝蒂·皮拉佐(Betty Pierazzo)大加讚揚,後者係亞利桑那州圖森市非營利性機構“行星科學研究所”的資深科學家,他曾獲得NASA的資助,為這項研究提供了早期研究證據。不幸的係,皮拉佐在白堊紀末期小行星撞擊研究開始之前就去世了。

巴丁還指出很多限制研究的因素,包括模型係基於現代地球建立的,而在白堊紀末期,地球的各個大陸都處於不同的位置,而且地球上也有不同的大氣性質,例如各類氣體的濃度有所差異。小行星撞擊本身也會產生大量的硫酸鹽氣溶膠,它們會散射足夠的陽光導致氣候變冷,但不會像煙灰那樣把太陽遮住。大量的二氧化碳也會被添加到大氣中,在短期冰凍結束後,在長期變暖的過程中,大氣中會釋放大量的二氧化碳。

這些東西如何與煙灰效應相結合呢?目前還不清楚,但有趣的係,煙灰的場景似乎已經夠糟糕了,因為它本身已經引發物種大滅絕。很難想像它如何會變得更糟!

阿波羅網責任編輯:唐冬柏 來源:網易科學人 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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