什么？銥元素看見了恐龍滅絕！

地球歷史的長河中，恐龍滅絕事件無疑是最具神秘色彩的謎團(tuán)之一。白堊紀(jì)末期，約6600萬年前，恐龍突然從地球上消失，這一事件不僅僅打破了生態(tài)平衡，也留下了無數(shù)未解之謎。科學(xué)家們一直在試圖解答：是什么原因?qū)е铝丝铸埖臏缃^？是氣候變化、火山活動，還是一場外太空的災(zāi)難？

恐龍滅絕的謎團(tuán)：

火山爆發(fā)還是小行星撞擊？

關(guān)于恐龍滅絕，最廣為人知的理論是小行星撞擊說和火山活動說。科學(xué)家認(rèn)為，一顆直徑約10公里的小行星撞擊地球，產(chǎn)生了巨大的沖擊波、火災(zāi)和震動。隨之而來的大量塵埃和煙霧將陽光遮擋，全球氣溫急劇下降，生態(tài)系統(tǒng)遭到嚴(yán)重破壞，最終導(dǎo)致恐龍的滅絕。然而，盡管這一理論具有廣泛的支持，也有不少學(xué)者提出了不同的聲音。

一些科學(xué)家堅(jiān)持認(rèn)為，恐龍的滅絕并非僅僅由外部撞擊事件引發(fā)，地球內(nèi)部的火山活動和氣候變化也可能是重要因素。長期的火山活動可能已經(jīng)釋放出大量二氧化碳和硫化物，這些物質(zhì)加劇了溫室效應(yīng)，進(jìn)一步影響了地球氣候的穩(wěn)定性，給恐龍的生存帶來了巨大壓力。

然而，這一系列假說并未能完全解答恐龍滅絕的真相。科學(xué)家們始終在不斷尋找新的線索或證據(jù)，希望能破解這一謎團(tuán)。而就在這個過程中，一個意外的發(fā)現(xiàn)為我們打開了新的視角……

銥元素的發(fā)現(xiàn)

在1980年，物理學(xué)家Luis Alvarez和他的兒子Walter Alvarez在意大利、丹麥和新西蘭暴露的深海石灰?guī)r中，銥元素的含量分別比6500萬年前白堊紀(jì)-第三紀(jì)滅絕事件的背景水平高出約30倍、160倍和20倍。這一異常現(xiàn)象讓他們提出了一個革命性的假說：一顆巨大的小行星可能在白堊紀(jì)末期撞擊地球，導(dǎo)致大量銥元素隨著撞擊物質(zhì)傳播到地球表面，形成了這一銥異常層。這一理論發(fā)表在《科學(xué)》雜志上后，引起了學(xué)界的廣泛討論，并為科學(xué)家們提供了重新審視恐龍滅絕原因的重要證據(jù)。

諾獎獲得者Luis Alvarez（左）和兒子Walter Alvarez（右）于1981年在意大利K/Pg界線前合影（圖片來源：wikipedia.org）

所以銥元素是什么？

銥（Ir）是一種化學(xué)元素，屬于元素周期表中的鉑族元素，原子序數(shù)77。銥因其極高的耐腐蝕性、耐高溫性以及良好的導(dǎo)電性，在許多生活中的高端應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。它廣泛用于制造汽車火花塞，尤其是在高性能引擎中，比普通鉑金火花塞具有更長的使用壽命。此外，銥還被用于高端電子設(shè)備中的接觸點(diǎn)、醫(yī)療放射治療中的同位素（如銥-192）以及珠寶和飾品中的硬質(zhì)鑲嵌材料，增加了物品的硬度和光澤。

由于銥主要存在于外來物質(zhì)如隕石和流星中（在地殼中的濃度極低），成為了科學(xué)家研究地球與外部天體物質(zhì)交互的重要線索。

恐龍滅絕研究的新視角

Alvarez父子的發(fā)現(xiàn)打破了傳統(tǒng)的滅絕理論，提供了一個全新的視角。長期以來，科學(xué)界普遍認(rèn)為恐龍滅絕與地球內(nèi)部活動，如火山噴發(fā)或氣候變化，密切相關(guān)。然而，銥元素的異常分布，為行星撞擊說提供了直接物理證據(jù)。銥通常存在于外來物質(zhì)如隕石和流星中，而在地殼中的濃度極低。這意味著，在恐龍滅絕的時期，外部天體的撞擊可能帶來了大量的銥元素，從而在地質(zhì)記錄中留下了這一顯著標(biāo)記。

這一觀點(diǎn)得到了進(jìn)一步的驗(yàn)證。墨西哥尤卡坦半島的希克蘇魯伯隕石坑是地球上已知的第三大隕石坑，直徑約180千米。這個隕石坑正是由6600萬年前一顆直徑約10千米的小行星撞擊形成的，撞擊地點(diǎn)與白堊紀(jì)/古近紀(jì)（K/Pg）界線相符。該界線以一層銥含量顯著增加為標(biāo)志，成為地質(zhì)學(xué)上一個重要的指標(biāo)。

圖源：視覺中國

根據(jù)生物地層分布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，恐龍滅絕與這一界線密切相關(guān)，約12%的陸生物種幸存下來，但90%的淡水生物群落物種卻幸存了下來，因?yàn)榈锏纳娌煌耆蕾嚦跫壣a(chǎn)力，而是依賴于碎屑。此外，海洋中的菊石也幾乎全部滅絕，海洋浮游生物的多樣性和生產(chǎn)力顯著下降，然而底棲有孔蟲物種在撞擊中幸存，因?yàn)樯詈５沫h(huán)境幾乎未發(fā)生變化。

始祖鳥化石

圖源：視覺中國

這一撞擊事件不僅直接導(dǎo)致恐龍的滅絕，還對地球的生物演化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。它為哺乳動物的崛起提供了機(jī)會，最終為人類的出現(xiàn)鋪平了道路。這一系列證據(jù)支持了外部撞擊對生物滅絕的決定性作用，同時也揭示了撞擊事件對不同生態(tài)系統(tǒng)造成的不同影響。

參考文獻(xiàn)

Luis W. Alvarez et al., Extraterrestrial Cause for the Cretaceous-Tertiary Extinction.Science208,1095-1108(1980).DOI:10.1126/science.208.4448.1095

Kaiho, K., Oshima, N., Adachi, K. et al. Global climate change driven by soot at the K-Pg boundary as the cause of the mass extinction. Sci Rep 6, 28427 (2016). https://doi.org/10.1038/srep28427

本文轉(zhuǎn)載自《石頭科普工作室》微信公眾號

《物理》50年精選文章