小行星撞击和火山活动导致非鸟类恐龙灭绝
一个时代的终结
超过1.5亿年间，恐龙主宰陆地生态系统，而海洋爬行动物（如沧龙、蛇颈龙）和飞行爬行动物（翼龙）则统治海洋和天空。这一漫长的中生代成功在6600万年前的白垩纪–古近纪（K–Pg）界线（原称“K–T”）突然终止。在相对短暂的地质时期内，非鸟类恐龙、大型海洋爬行动物、菊石及许多其他物种消失。幸存者——鸟类（鸟形恐龙）、哺乳动物、部分爬行动物和特定海洋生物——继承了一个剧变的星球。
K–Pg灭绝事件的核心是奇克苏鲁伯撞击——一次由直径约10–15公里的小行星或彗星在现今尤卡坦半岛发生的灾难性碰撞。地质证据强烈支持这一宇宙事件为主要原因，尽管火山喷发（印度的德干陷阱）通过温室气体和气候变化带来了额外压力。这场灾难的协同作用导致了许多中生代谱系的灭绝，最终引发了第五次大规模物种灭绝。理解这一事件有助于阐明突发的大规模扰动如何终结看似坚不可摧的生态优势。
2. 撞击前的白垩纪世界
2.1 气候与生物群
在晚白垩世（约100–66百万年前），地球总体温暖，海平面较高，覆盖了大陆内部，形成了浅海陆缘海。被子植物（开花植物）繁盛，塑造了多样的陆地栖息地。恐龙群包括：
- 兽脚类：暴龙、驰龙、阿贝力龙科。
- 鸟臀目：鸭嘴龙、角龙（三角龙）、甲龙、厚头龙。
- 蜥脚类：泰坦巨龙，尤其在南方大陆。
在海洋环境中，沧龙与蛇颈龙共同占据顶级捕食者位置。菊石（头足类）数量众多。鸟类已多样化，而哺乳动物主要存在于较小体型生态位。生态系统看似稳定且富饶，直到K–Pg界线前无重大全球危机迹象。
2.2 德干陷阱火山活动及其他压力
白垩纪晚期，印度次大陆开始了巨大的德干陷阱火山活动。这些洪流玄武岩喷发释放了CO2、二氧化硫和气溶胶，可能导致环境变暖或酸化。虽然它们本身不一定是直接的灭绝触发因素，但可能削弱了生态系统或促成渐进的气候变化，为更剧烈的灾难奠定了基础[1]，[2]。
3. Chicxulub撞击：证据与机制
3.1 铱异常的发现
1980年，Luis Alvarez及其同事在意大利古比奥及其他地点的K–Pg界线发现了一层富含铱的粘土。铱在地壳中稀有，但在陨石中相对丰富。他们假设一次大型撞击引发了灭绝，解释了铱含量升高。这层界线粘土还包含其他撞击指示物：
- 冲击熔融石英（受冲击的石英）。
- 微陨石玻璃球（由岩石汽化形成的小玻璃球）。
- 高铂族元素含量（如锇、铱）。
3.2 陨石坑定位：尤卡坦的Chicxulub
后续地球物理调查在墨西哥尤卡坦半岛下方发现了一个直径约180公里的陨石坑（Chicxulub陨石坑）。它符合直径约10–15公里小行星/彗星撞击的标准：有冲击变质、重力异常和钻芯显示的角砾岩证据。对这些岩层的放射性定年与K–Pg界线（约6600万年前）相符，巩固了陨石坑与灭绝事件的联系[3]，[4]。
3.3 撞击动力学
撞击时释放的动能相当于数十亿颗原子弹：
- 爆炸波和抛射物：岩石蒸气和熔融碎片被炸入高层大气，可能在全球范围内降落。
- 火灾和热脉冲：全球野火可能由再入的抛射物或超热空气引发。
- 尘埃和气溶胶：细小颗粒阻挡阳光，极大地减少了数月至数年的光合作用（“撞击冬季”）。
- 酸雨：蒸发的硬石膏或碳酸盐岩可能释放硫或CO2，引发酸性降水和气候扰动。
这种短期黑暗/降温与长期由再释放CO引起的温室变暖相结合2 在地球陆地和海洋生态系统中造成生态浩劫。
4. 生物影响与选择性灭绝
4.1 陆地损失：非鸟类恐龙及其他
非鸟类恐龙，从顶级掠食者如霸王龙到巨型草食动物如三角龙，全部消失。翼龙同样灭绝。许多依赖大型植物或稳定生态系统的小型陆生动物也遭受重创。然而，某些谱系幸存：
- 鸟类（鸟类恐龙）幸存，可能因体型较小、食用种子或饮食灵活。
- 哺乳动物：虽然也受影响，但它们恢复更快，很快在古近纪演化出更大型的形态。
- 鳄鱼类、龟类、两栖动物：一些水生或半水生群体也存活下来。
4.2 海洋灭绝
在海洋中，沧龙和蛇颈龙消失，许多无脊椎动物也随之灭绝：
- 菊石（长期成功的头足类）被完全消灭，而鹦鹉螺类幸存。
- 浮游有孔虫及其他微体化石群体遭受严重损失，这对海洋食物网至关重要。
- 珊瑚和双壳类面临局部灭绝，但部分谱系得以恢复。
“撞击冬季”中初级生产力的崩溃可能导致海洋食物链饥饿。那些不依赖持续高生产力或能依赖碎屑或短暂资源的物种或生态系统表现更好。
4.3 生存模式
较小的、适应多样饮食或环境的通用物种通常存活下来，而大型或专门化的物种则灭绝。这种基于体型或生态的“选择性”可能反映了全球黑暗/寒冷、野火压力及随后的温室异常这三者不可阻挡的协同效应，导致整个生态系统崩溃。
5. 德干陷阱火山活动的作用
5.1 时间重叠
印度的 德干陷阱 在K–Pg边界附近分阶段喷发洪流玄武岩，释放出大量的CO2和硫。一些人认为仅这些喷发就可能引发环境危机，或许导致变暖或酸化。另一些人则认为它们是一个重要的压力源，但被希克苏鲁伯撞击的影响所掩盖或与之协同作用。
5.2 组合效应假说
一种流行观点认为，地球已因德干火山活动而处于“压力”之下——变暖或部分生态破坏——当奇克苏鲁布撞击带来最终毁灭性打击时。这种协同模型解释了灭绝为何如此彻底：多重同时发生的压力克服了地球生物群的韧性。 [5], [6].
6. 余波：哺乳动物和鸟类的新纪元
6.1 古近纪世界
在 K–Pg 界线之后，幸存的群体在古新世时期（约 66–56 百万年前）迅速辐射：
- 哺乳动物扩展到恐龙曾占据的空缺生态位，从较小、夜行性形态进化到各种体型。
- 鸟类多样化，涵盖了从不会飞的地面栖息者到水生专家的角色。
- 爬行动物如鳄鱼、龟类、两栖动物和蜥蜴在新开放的栖息地中持续存在或多样化。
因此，K–Pg 事件推动了一次进化“重置”，类似于其他大规模灭绝后的恢复。新重组的生态系统成为现代陆地生物群的基础。
6.2 长期气候与生物多样性趋势
在古近纪期间，地球气候逐渐变冷（继短暂的古新世-始新世热极值峰值之后），塑造了哺乳动物的进一步进化扩张，最终导致灵长类、有蹄类和食肉类的出现。与此同时，海洋生态系统也重组——现代珊瑚礁系统、硬骨鱼类辐射和鲸类最终出现。蛇颈龙和海洋爬行动物的缺失为古新世的海洋哺乳动物（如鲸类）留下了空缺生态位。
7. K–Pg 灭绝的重要性
7.1 测试撞击假说
数十年来，阿尔瓦雷斯铱异常引发了激烈争论，但奇克苏鲁布陨石坑的发现终结了许多争议——大型小行星撞击确实会引发突发的全球危机。K–Pg 事件是外部宇宙力量如何推翻地球现状、瞬间重写生态等级的典型例证。
7.2 理解大规模灭绝动力学
K–Pg 界线数据帮助我们理解灭绝的选择性：较小、适应性更强的物种或某些栖息地的物种幸存，而大型或专门化的形态灭绝。这澄清了现代关于生物多样性在快速气候或环境压力下韧性的讨论。
7.3 文化与科学遗产
“恐龙”的灭绝激发了公众的想象力，催生了一个标志性的画面：一颗巨大的陨石终结了中生代。这一灭绝故事塑造了我们对行星脆弱性的认识——以及未来大型撞击可能同样威胁现代生命的前景（尽管近期概率较小）。
8. 未来方向与未解之问
- 精确时间：高精度测年以确定德干火山喷发脉冲是否与灭绝地平线完全重合。
- 详细的埋藏学：理解局部化石组合如何记录事件的时间尺度——瞬时还是多阶段。
- 全球变暗与野火：烟煤层、炭化物沉积的研究细化了“撞击冬季”持续时间的模型。
- 恢复路径：灭绝后古新世群落揭示了幸存群体如何重建生态系统。
- 生物地理模式：某些地区是否充当了避难所？纬度差异在生存中是否显著？
9. 结论
白垩纪-古近纪灭绝是一个典型例子，展示了如何通过外部冲击（小行星撞击）和先前存在的地质压力（德干火山活动）共同摧毁大量生物多样性，并终结最具统治地位的谱系——非鸟类恐龙、翼龙、海洋爬行动物及许多海洋无脊椎动物。灭绝的突然性凸显了自然在突发灾难力量下的脆弱性。灭绝之后，哺乳动物和鸟类继承了一个变革的地球，开启了最终形成现今生态系统的进化路径。
除了其古生物学意义外，K–Pg事件还引发了关于行星危害、气候变化和大规模灭绝过程的更广泛讨论。通过解读边界粘土和Chicxulub陨石坑留下的证据，我们不断完善对地球生命如何既坚韧又脆弱的理解，这种生命受宇宙偶然事件和地球内部动力共同塑造。恐龙的灭绝虽然从生物多样性角度看是悲剧，但实际上为哺乳动物时代——最终为我们——打开了进化之门。
参考文献与进一步阅读
- Alvarez, L. W., Alvarez, W., Asaro, F., & Michel, H. V. (1980). “白垩纪-第三纪灭绝的外星原因。” Science, 208, 1095–1108.
- Schulte, P., 等人 (2010). “Chicxulub小行星撞击与白垩纪-古近纪边界的大规模灭绝。” Science, 327, 1214–1218.
- Hildebrand, A. R., 等人 (1991). “Chicxulub陨石坑：墨西哥尤卡坦半岛可能的白垩纪/第三纪边界撞击陨石坑。” Geology, 19, 867–871.
- Keller, G. (2005). “撞击、火山活动与大规模灭绝：随机巧合还是因果关系？” Australian Journal of Earth Sciences, 52, 725–757.
- Courtillot, V., & Renne, P. (2003). “洪泛玄武岩事件的年代。” Comptes Rendus Geoscience, 335, 113–140.
- Hull, P. M., 等人 (2020). “关于白垩纪-古近纪边界的撞击与火山活动。” Science, 367, 266–272.