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一艘非凡的船隻——一部分是船，一部分是鑽井平臺——正在墨西哥普羅格雷索港進行裝備，以便鑽探到地球的過去。今年春夏，它將嘗試獲取一個細長的岩石圓柱體，寬 3 ¼ 英寸，長 3,300 英尺，從大約 5000 萬年前的始新世世界開始，一直鑽探到 6600 萬年前，當恐龍消失時，小行星撞擊所創造和扭曲的岩石中。
在眾多科學目標中，該專案將測量奇克蘇魯伯撞擊事件的新日期，自 1980 年首次提出該理論以來，該撞擊事件被廣泛認為是導致恐龍滅絕的原因。
需要使用最新一代高精度岩石年代測定技術來確定新日期，因為地球科學領域的一場靜悄悄的革命已經改變了我們對地球過去的大滅絕事件的理解，包括白堊紀末期的大滅絕。
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地球時間
這場革命的核心是地球時間（EARTHTIME），這是一個國際合作專案，由麻省理工學院的薩姆·鮑林教授帶頭，對放射性岩石測年的精確性和準確性進行了根本性的改進。放射性元素（例如鈾）會衰變成其他元素（例如鉛）。它們衰變的速度稱為“衰變常數”，並且已知非常精確。如果您知道母元素有多少變成了子元素，則可以使用衰變常數來計算該岩石形成的日期。
為了瞭解更多資訊，我採訪了地質年代學家塞思·伯吉斯，他是鮑林以前的學生，現在在美國地質調查局工作。“在過去的 10 年或 15 年裡，地質年代學的準確性和精確性有了顯著的進步，”伯吉斯告訴我。準確性和精確性之間的區別很重要。想想射箭。如果一個射手發射了幾支箭，它們沒有擊中目標，但都擊中了樹上的同一個點，那麼他很精確，但不準確。如果射手把他的箭散佈在目標各處，他是準確的，但不精確。如果他把所有的箭都射中靶心，那麼他既準確又精確。
在年代地質學中，你需要兩者兼備，而且，伯吉斯說，這些關鍵引數的許多改進“都來自地球時間倡議，因此實驗室之間的協議更好。這在資料質量上是一個很大的轉折點。”
巧合和速度
為了理解地球遙遠過去的大變化期間發生了什麼，有兩個基本的時間問題需要解決：巧合和速度。
科學家必須在擬議的原因和結果之間建立巧合。地質時間尺度中有大量的時間，因此，如果火山爆發發生在一次大滅絕事件之後，或者如果它發生在滅絕之前很久，以至於沒有合理的機制將兩者聯絡起來，那麼指責它就沒有意義。
科學家還必須確定變化的速度有多快。
“快”有多快？
簡而言之，需要考慮兩個時間範圍：1,000 年和 10,000 年。
當涉及到海洋生物的大滅絕時，海洋酸化已被認為是殺戮機制之一（缺氧的死區蔓延是另一個，它本身是由海洋酸化和全球變暖引發的一系列生物後果觸發的）。
在超過 10,000 年的時間範圍內發生的變化往往會被海洋和陸地上的補償性化學反應所抵消，因此，海洋酸化的合理驅動因素必須在約 10,000 年內使海洋超載。
1,000 年大約是當今世界海洋完全混合所需的時間，但在氣候變暖的情況下，可能需要更長的時間。幾個世紀以來（如人類排放）的大量二氧化碳排放主要被海洋的表層吸收，然後才有機會混合並稀釋到更大的深海儲層中，導致對生命構成挑戰的全球變暖和表層海洋酸化。這些地質學上的“快速”變化往往對生命有害。
更好的日期
直到最近，對於大約 1 億多年前的岩石，岩石年代測定的不確定性通常為數百萬年。這比回答大滅絕中巧合和速度問題所需的不確定性差 100 多倍。
但科學家們現在已經大大降低了這些不確定性，在白堊紀時期實現了大約正負 13,000 年的日期精度，在二疊紀時期實現了大約 50,000 年的日期精度。
因此，在過去三年左右的時間裡，一系列具有里程碑意義的論文使用了這些新的高解析度日期來確定幾次大滅絕事件與一種被稱為“大型火成岩省”或“LIP”的史詩般的火山爆發之間的聯絡，其影響令人恐懼地讓人聯想到現代氣候變化。這是 2.01 億年前的三疊紀末期大滅絕、2.519 億年前的二疊紀末期大滅絕，以及侏羅紀的托爾西亞滅絕事件、二疊紀的卡皮坦滅絕事件滅絕、早-中古寒武紀滅絕事件以及更小的古新世-始新世熱最大值 (PETM) 的情況。
伯吉斯使用新技術確定，二疊紀末期大滅絕——地球上最嚴重的大滅絕——在不到 61,000 年的時間裡發生，從 2.519 億年前開始，與現代沉積物中測量的碳同位素記錄的碳迴圈的巨大變化相吻合。然後，他能夠將這些日期與他從西伯利亞暗色巖火山岩中測量的日期進行比較。它們是精確匹配。
更仔細地觀察白堊紀末期大滅絕。紅色條：氬-氬法測定年代，綠色條：鈾-鉛法測定年代；垂直範圍表示不確定性。舊日期為德干熔岩的日期。紫色方框包含新的高精度日期。水平藍色條：白堊紀末期大滅絕的日期及其不確定性（基於撞擊痕跡）。黃色條：德干火山噴發，並標明瞭最大的 Wai 熔岩。生態衰退和恢復基於懷俄明州/蒙大拿州的化石。資料來源：Richards 等 (2015)、Schoene 等 (2015)、Renne 等 (2015)、Renne 等 (2013)、Sprain 等 (2015)
“在[2.519 億年前]之前，西伯利亞暗色巖熔岩的總體積有一半以上噴發，在發生大滅絕的時間開始的不確定範圍內，也包括大滅絕的停止。所以，這是一個非常非常快的情況。”
這足以用 900 英尺深的熔岩覆蓋整個美國，所有這些都在精確的時間噴發，而且速度足夠快，足以宣佈這是一個“確鑿證據”，從而確定了火山噴發與大滅絕之間的聯絡。
確定恐龍滅絕的日期
多年來，人們認為白堊紀末期的大滅絕是由印度火山爆發引起的，然後被墨西哥的奇克蘇魯伯小行星撞擊完成（“壓力-脈衝假說”）。印度德干暗色巖的火山噴發被認為速度太慢，而且其影響太溫和，無法單獨造成全球物種滅絕。但是，正如二疊紀末期、三疊紀末期和其他滅絕事件的新日期現在所顯示的那樣，LIP 的爆發確實可以在沒有小行星幫助的情況下導致滅絕。事實上，自複雜動物進化以來，沒有任何其他大滅絕與小行星撞擊有關，儘管在那段時間裡，有其他幾次撞擊幾乎與奇克蘇魯伯一樣大。
2015 年 1 月，普林斯頓大學的地質年代學家布萊爾·舍恩和他的同事測量了德干火山噴發的日期，結果表明，它們的時間和持續時間恰到好處，可以觸發白堊紀末期的大滅絕，其模式與二疊紀末期和三疊紀末期觀察到的模式非常相似。
但是，火山爆發似乎也與奇克蘇魯伯撞擊的日期相吻合。
比較蘋果和桔子
布萊爾的研究使用了對一種名為鋯石的礦物進行鈾鉛定年，但是奇克蘇魯伯撞擊的公認日期使用了不同的技術：氬-氬定年法。
氬-氬定年法是一種更常見的火山岩定年技術，因為它可以從 LIP 熔岩和火山灰沉積物中常見的長石礦物中測量，而鋯石在 LIP 岩石中很少見。氬-氬定年法經歷了自身的精度革命，現在所達到的精度幾乎與使用鋯石的新鈾-鉛定年法一樣好。
但是氬-氬定年法與鈾-鉛定年法是一種非常不同的技術。它需要校準到參考材料，並且涉及在核反應堆中照射樣品。“氬-氬法和鈾-鉛法之間存在差異，”伯吉斯說，“在某些情況下，差異為 0.1-0.2%——我們談論的是白堊紀末期 60,000 年。其中一個日期上的 60,000 年的不準確性對生物圈來說意味著很多。“為了比較鈾-鉛和氬-氬法測定的日期，並以穩健的方式進行比較，你必須疊加不確定性，以解釋潛在的不準確性。這使我們可以有效地將蘋果與桔子進行比較。”
為了強調這一點，在2010年和2011年，一種廣泛使用的參考物質“魚峽谷透長石”的年代被從2802萬年前修正為2830萬年前，這導致白堊紀的年代變化了大約50萬年（這也是為什麼白堊紀末期事件從6500萬年前修正為6600萬年前的原因）。
這種差異為圍繞這次大滅絕的主要原因和事件順序的辯論火上澆油。
普林斯頓大學的格塔·凱勒長期以來認為，希克蘇魯伯撞擊事件發生在大滅絕之前10萬年或更久，因此不可能是大滅絕本身的原因，她和其他人將大滅絕歸因於德干地盾溢流玄武岩。為了支援這一觀點，科學家們在世界各地的沉積物中記錄了許多火山活動的示蹤劑，這些示蹤劑跨越了白堊紀末期的大滅絕，包括鋨同位素、一種名為“赤金礦”的礦物、氧化鐵的損失以及汞含量飆升（汞含量飆升似乎是幾次溢流玄武岩事件的一個一致特徵）。
更糟糕的是，對世界各地的白堊紀末期岩石進行關聯涉及到測量凍結在岩石中的古代磁場反轉，但對於白堊紀末期附近這些反轉的持續時間，不同的測年技術存在相當大的分歧（約74萬年 對比 約40萬年）。
加州大學伯克利分校的地質年代學家：保羅·雷恩、考特尼·斯普蘭及其同事最近使用德干熔岩的氬-氬年代測定，確定了德干最大規模的噴發發生在小行星撞擊大約5萬年內。這些日期是首次使用相同的氬-氬技術，將在懷俄明州測量的小行星撞擊日期確定在印度德干地盾溢流玄武岩噴發的時間段內。換句話說，這是一個同類比較。
因此，現在撞擊、德干地盾噴發和大滅絕之間存在三重巧合。甚至與德干噴發有關的高汞含量也跨越了小行星撞擊的痕跡，後者由銥含量飆升所表明，這加強了撞擊和噴發在時間上非常接近的觀點。
這些新的年代測定改變了父子路易斯和沃特·阿爾瓦雷斯於1980年首次提出的撞擊滅絕假說。沃爾特是加州大學伯克利分校馬克·理查茲教授領導的一篇最新論文的合著者，該論文表明，希克蘇魯伯撞擊後在地球上傳播的地震震動加劇了德干噴發的嚴重性，將“壓力-脈衝”滅絕假說的“壓力”和“脈衝”放在了完全相同的時間（就日期精度允許的範圍而言）。
但這裡有個難題。多年來，大滅絕的日期一直被假設為與撞擊日期相同——這一假設被凱勒教授批評為“迴圈論證”。在幾年前的廣泛日期不確定性中，這種假設對許多科學家來說似乎是合理和實用的。但現在，隨著地質年代學家讓我們以前所未有的細節放大觀察白堊紀末期的大滅絕，他們可以開始將該假設分開來看。
顯然，能夠比較撞擊本身（而不是其遙遠的痕跡）、滅絕本身（而不是將其假設為撞擊的替代物）和噴發的精確日期至關重要。
鑽探撞擊
這就是由德克薩斯大學和倫敦帝國學院聯合領導的新的希克蘇魯伯鑽探專案的作用所在。
在其他科學目標中，科學家們計劃確定由希克蘇魯伯撞擊融化的岩石的年代，以及來自烏克蘭較小的白堊紀小行星撞擊的岩石和來自德干地盾溢流玄武岩的岩石。專案科學家已確認，他們打算使用高精度氬-氬測年和鈾-鉛測年，並使用EARTHTIME校準的示蹤劑。
如果他們能夠獲得合適的樣本，這個希克蘇魯伯鑽探專案可能會透過解決自20世紀80年代以來一直存在的科學爭議而產生其自身的影響。