白垩纪-古近纪灭绝事件

Linas Juozėnas

知识方舟 · 地球历史

一颗小行星。
一个变暗的
世界。白垩纪—
古近纪灭绝

约 6600 万年前，一次撞击改变了地球环境。岩石保存了这次碰撞的痕迹。化石揭示了生命以多么不同的方式作出响应。

希克苏鲁伯撞击寒冬损失与恢复

概念化的岩层剖面和放大的矿物样本。厚度和形状为示意图；实际的边界沉积物因地点而异。[1][10]

约 6600 万年前

白垩纪与古近纪之间的界线。[3]

约 180 千米

尤卡坦半岛北部海岸下方被掩埋的希克苏鲁伯陨石坑直径。[2]

约 75% 的物种

此次灭绝中全球物种损失的常用估计值。[16]

地球历史的骤变

这次碰撞只是开始

一颗小行星撞击了今天墨西哥尤卡坦半岛所在的浅海。直接破坏极其巨大。这场全球性危机通过大气、气候和食物网逐步展开。

这一事件终结了非鸟类恐龙及许多其他谱系的历史。鸟类是幸存下来的恐龙分支。哺乳动物也跨越了这一边界，但它们后来多样化的过程发生在经历重大损失之后。[10][11][13]

理解这次灭绝意味着要将三种不同记录联系起来：撞击留下的物理痕迹、它引发的环境变化，以及生物的不均衡消失与复苏。

由独立证据构建的解释

岩石中的线索

1980 年，Luis Alvarez、Walter Alvarez、Frank Asaro 和 Helen Michel 报告称，白垩纪末期沉积物中的铱浓度异常升高。他们的样本来自意大利、丹麦和新西兰。由于铱在地壳中十分稀少，却在地外物质中更为丰富，他们提出，一次撞击将这种金属散布到了全球各地。[1]

研究人员将边界沉积物与被掩埋的 希克苏鲁伯撞击构造联系起来。地球物理观测、钻取的岩石，以及与从陨石坑抛出的物质进行的比较，使这些相互独立的线索汇聚起来。[2]

铱富集

表明物质来自地球外部的化学线索，需要与物理证据结合解读。[1]

冲击石英

在强烈压力下变形的石英，保留了微观冲击特征。这些特征不同于熔融证据。[2]

熔融液滴

撞击期间喷出的熔融液滴冷却后形成球粒。喷出物是从撞击地点抛出的物质。[2]

这一论断的有力之处在于化学成分、矿物纹理、大型陨石坑和年代学之间相互吻合。每一项都回答了同一个问题的不同部分。

为什么较早的资料称其为“K–T”界线？

旧称将白垩纪与“第三纪”并列。现代用法将下一个时期称为古近纪，因此使用K–Pg。字母K是白垩纪的惯用缩写。较早的论文也可能使用约6,500万年或6,550万年前的年代；如今这一界线通常四舍五入为约6,600万年前。

海底之下记录的一次碰撞

撞击及其第一天

撞击体直径约为10公里。它撞击地球时挖掘并震碎了岩石，产生熔融物，并形成了巨大的陨石坑。进入地球的小天体远小于它所形成的构造。[1][2]

一项2024年的研究将边界物质中的钌同位素与陨石进行了比较。结果支持这样一种观点：撞击体是一颗碳质型小行星，其母体物质形成于木星轨道之外。这种化学来源并不能揭示该小行星在撞击地球前的确切轨道。[4]

对希克苏鲁伯进行钻探，获得了撞击后情况的异常厚记录。研究人员认为，约130米厚的撞击沉积物在第一天内形成。该序列记录了陨石坑坍塌、海水回流、沉积物沉降以及与海啸有关的搬运过程。[5]

火灾蔓延了多远？

下加利福尼亚州与撞击有关的沉积物中发现的烧焦树干，支持火灾发生在距希克苏鲁伯约2,500公里的地方。火灾的范围、起火机制和发生时间仍是研究课题。大范围燃烧的证据并不能证明地球上的每片森林都曾被烧毁。[6]

陨石坑记录了非同寻常的区域性破坏。要解释全球灭绝，还需要追踪进入大气层的物质。

从空中颗粒到食物供应中断

危机如何扩散

大型碎屑落下后，细小的岩尘、烟灰和硫酸盐气溶胶仍可能悬浮在高空。这些颗粒减少了到达地表的阳光，导致降温并扰乱光合作用。这一时期通常称为撞击冬天。[7][8]

入射光减少

空中的物质吸收或散射阳光，改变了到达地球表面的能量。

生物生产力降低

植物和进行光合作用的浮游生物面临的条件大幅降低了它们构建新有机物的能力。

承受压力的食物网

动物直接或间接地依赖这种生产力。扰乱可能会蔓延到整个群落。[7][9]

大气成分很重要

一项2023年的研究在气候模拟中使用了从灭绝界线沉积物中测得的尘埃粒径。细硅酸盐尘埃延长了降温过程，并且在模拟中严重抑制了光合作用，持续时间接近两年。这一持续时间是模型结果，其含义取决于估计的颗粒负荷和大气行为。[7]

一项2025年的硫同位素研究估计，撞击释放的硫大幅少于一项广泛采用的早期模拟结果。这表明硫对降温的贡献较小。研究人员仍在进一步厘清尘埃、硫和烟尘的综合作用。[8]

海洋的化学性质也发生了变化

微小化石贝壳中的硼同位素为撞击后海洋表层酸化迅速发生提供了证据。化学成分的变化加剧了海洋生物承受的压力，包括那些构建碳酸钙外壳的生物。[9]

海洋生物生产力受到扰乱，碳向深海的输送也发生了变化。证据支持生物生产力大幅且不均衡地下降，但并不意味着海洋完全没有生命。幸存的群落以及后来的恢复在不同地区有所不同。[9][16]

一场损失程度不均的大灭绝

陆地与海洋的损失

“约四分之三物种灭绝”这一广为人知的估计，描述的是这一事件的规模。这是对物种灭绝的估计，而不是对被杀死的单个生物数量的统计。没有任何一个百分比能够描述每个大陆、栖息地或生命分支的情况。[16]

灭绝界线两侧的不同结果[10]
类群	结果	需要牢记的要点
非鸟类恐龙	完全消失	鸟类属于恐龙，必须与那些消失的分支区分开来。
翼龙	完全消失	这些会飞的爬行动物是恐龙的近亲，而不是鸟类。
沧龙和蛇颈龙	完全消失	这些是彼此独立的海生爬行动物类群，并不是海洋恐龙。
菊石	消失	这一头足类群的消失并不意味着所有软体动物都灭绝了。
鸟类	一些谱系幸存下来	许多其他类群消失了；幸存者促成了现生鸟类的多样化。[11]
哺乳动物	在遭受严重损失后幸存	一个幸存的主要类群可能包含许多已经灭绝的物种。[13]
海洋浮游生物	重大损失与重组	食物网基础的变化影响了海洋生态和碳循环。[9]

损失也涉及栖息地。植物证据记录了广泛的森林破坏，改变了依赖树木的动物所获得的庇护和食物供应。大灭绝不仅会移除物种，也会改变生物之间的关系。[11]

存活所需的不只是体型

存活面临的问题

鸟类：食物和栖息地可能很重要

对早期鸟类生态的重建表明，幸存的现代鸟类谱系通常并不依赖生活在树上。结合森林崩溃的证据，这支持了这样一种观点：对树木的依赖变成了一种劣势。但这仍是假说，需要通过化石和对祖先生存方式的重建进行检验。[11]

另一种观点认为，在新鲜植被和其他资源变得稀缺时，种子提供了食物。对小型鸟类恐龙的研究表明，食用种子可能帮助一些无齿鸟类存活。这并不能证明每一种幸存者都以种子为食，也不能说明无齿喙本身就足以提供保护。[12]

哺乳动物：存活伴随着惨重代价

一项北美研究发现，在抽样调查的 59 种哺乳动物中，只有 4 种跨越了这一边界：该数据集中的物种损失率约为 93%。分布广泛且数量丰富的物种更有可能存活。这一结果具有区域性，而稀有物种尤其容易在化石记录中遗漏。[13]

具有例外的生态筛选

不存在普遍适用的存活秘诀

体型、食性、栖息地和分布范围都可能解释其存活情况。必须在特定类群中检验这些因素的影响：小型有羽毛恐龙和许多小型哺乳动物也灭绝了。拥有有利特征并不能保证存活。[12][13]

边界之前及边界附近不断变化的气候

火山发挥了什么作用？

德干暗色岩是如今印度境内大规模喷发留下的遗迹。这些火山活动发生在白垩纪末期附近，释放出能够改变气候的气体。二氧化碳可以导致变暖，而含硫气溶胶则可能造成较短暂的降温阶段。[14][15]

一项发表于 2024 年的研究考察了美国西部的陆地温度记录。研究发现，在边界之前约 3 万年曾出现一次短暂的降温事件，并将其解释为一次大型喷发脉冲期间，火山硫排放形成的硫酸盐气溶胶所产生的影响。这些记录中的温度在灭绝边界之前已经恢复。[15]

这些证据表明，不能把撞击前的世界描绘成气候一成不变。它们也说明了时间点为何重要：边界之前的环境变化与边界处发生的骤然灭绝需要分别检验。

火山对气候的影响非常值得研究，包括它们如何在撞击前后影响生态系统。即使火山的确切作用尚未确定，也不妨碍我们承认有力证据表明希克苏鲁伯触发了大灭绝。火山必然先“打出第一击”、小行星再“打出最后一击”的说法，并不是已经确立的事件顺序。

生命以不同速度回归

恢复的几种时间尺度

一个地点可能在尚未形成多样化群落之前就重新有生物栖息。生物生产可以恢复，但食物网以及碳在生态系统中的流动仍会发生改变。因此，“恢复”需要有明确的定义。

重新定殖·希克苏鲁伯

数年内

陨石坑核心证据表明，生物在撞击后不久便回归。即使是撞击盆地，也没有永久变得不适合生存。[16]

生产力·希克苏鲁伯

约3万年

同一项研究重建出，到这一时期，一个生产力极高的海洋生态系统已经形成。生产力恢复并不意味着原有物种或群落已经回归。[16]

生态重建·南大西洋

数百万年

另一项记录将海洋碳泵的恢复与随后由浮游生物特征所代表的生态多样性恢复区分开来。[17]

这些是来自特定海洋记录的不同测量结果，并不是一份适用于所有情况的恢复时间表中的三个日期。

功能与多样性可能出现分歧

在这项南大西洋研究中，向深海的碳传输在灭绝后约180万年恢复。所研究浮游生物群落的生态特征范围则恢复得晚得多，约在灭绝后430万年。这些不同的估计表明，生态系统的不同部分可以以不同速度重建。[17]

在陆地上，幸存者进入了变化后的群落

这项北美哺乳动物研究发现，严重灭绝后，当地多样性在约30万年内迅速恢复。这种恢复伴随着动物群的变化，而不是那些已经消失的物种重新出现。[13]

随后，哺乳动物扩展到新的体型和生态角色，这将是下一章哺乳动物的崛起的主题。

有力的解释仍会留下可检验的问题

还有哪些问题有待解决？

希克苏鲁伯与界线灭绝之间的联系建立在多种证据之上。如今悬而未决的问题大多涉及细节：哪些环境压力最强、它们作用于何处，以及特定生物如何承受这些压力。

气候模型会检验有关颗粒大小、气体数量和大气环流的假设所产生的后果。化石群落则检验预测的生态影响是否与实际发生的情况相符。更好的测量结果可能改变对撞击冬天严重程度的重建，但不会削弱撞击本身的证据。

化石记录的分辨率也参差不齐。某物种已知的最后一件化石可能早于其实际灭绝时间，而研究最充分的地区不能自动代表整个星球。更广泛的采样对于理解消失与幸存都至关重要。

突如其来的消失，持久的变化

随之而来的世界已然不同

希克苏鲁伯将行星暴力事件的一瞬间，与更为漫长的生态历史联系起来。碰撞发生得很突然；其后果却通过生物系统扩散，并持续影响着此后形成的群落。

灭绝物种并未重新出现。幸存的谱系在改变后的环境中发生多样化，形成了新的关系与可能性。K–Pg 边界既记录了消失之物的规模，也记录了地球历史中不同篇章的开端。

来源与延伸阅读

截至2026年9月查阅的研究论文和机构资源。数值年龄和损失估算为近似值；模型输出和区域性恢复记录已在文中标明。

Alvarez 等（1980）——白垩纪—第三纪灭绝的地外成因确立小行星撞击假说的铱证据。
Kring，月球与行星研究所（日期不详）——发现撞击地点受冲击矿物、玻璃质球粒和地球物理证据如何将希克苏鲁伯与边界层联系起来。
Renne 等（2013）——白垩纪—古近纪边界附近关键事件的时间尺度放射性测年检验了撞击和灭绝发生的时间。
Fischer-Gödde 等（2024）——钌同位素显示，希克苏鲁伯撞击体是一颗碳质型小行星同位素证据确定了撞击体的成分，以及其物质形成的早期太阳系区域。
Gulick 等（2019）——新生代的第一天陨石坑钻探岩芯保存了关于生态系统崩溃、海水回流、沉积物沉积和火灾的详细记录。
Santa Catharina 等（2022）——K–Pg 边界森林火灾的时间与成因炭化树木与海啸沉积物限定了下加利福尼亚发生火灾的时间。
Senel 等（2023）—《由细硅酸盐尘埃维持的希克苏鲁伯撞击冬季》沉积物测量与气候模拟检验了细尘如何延长降温并抑制光合作用。
Rodiouchkina 等（2025）—《硫对与希克苏鲁伯撞击事件相关的大灭绝贡献减少》地球化学估算表明，硫的释放量可能低于广泛采用的早期模型所假定的数值。
Henehan 等（2019）—《希克苏鲁伯撞击后的海洋酸化与碳循环恢复》硼同位素证据表明，海洋迅速酸化、初级生产力下降，碳输出至深海的过程受到扰乱。
Schulte 等（2010）—《希克苏鲁伯小行星撞击与白垩纪—古近纪界线的大灭绝》一项综合研究将全球喷出物记录、灭绝时间与生态选择性联系起来。
Field 等（2018）—《森林崩溃与现代鸟类祖先的存活》检验这样一种假说：广泛的森林破坏使依赖树木程度较低的鸟类谱系受益。
Larson 等（2016）—《鸟类恐龙的牙齿与食种子生存假说》牙齿证据显示灭绝发生突然；有人提出，食用种子使部分幸存鸟类谱系具有优势。
Longrich 等（2016）—《北美哺乳动物的严重损失与快速恢复》考察区域性灭绝严重程度、恢复过程，以及物种稀有性如何影响化石采样。
Hull 等（2020）—《白垩纪—古近纪界线期间的撞击与火山活动》结合温度记录与碳循环建模，区分火山引起的气候变化与灭绝事件。
O’Connor 等（2024）—《大灭绝前的火山降温》美国西部的两项记录显示，在K–Pg界线之前曾出现短暂降温，随后温度恢复。
Lowery 等（2018）—《白垩纪末大灭绝“零地带”的生命快速恢复》陨石坑岩芯证据区分了海洋生物早期回归与高生产力随后建立这两个阶段。
Birch 等（2021）—《K/Pg灭绝后的生态系统功能：海洋碳泵与多样性的脱钩》南大西洋的记录表明，碳泵功能早于若干浮游生物生态特征恢复。

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