新仙女木期撞擊假說

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導致大多數大型哺乳動物(也稱為巨型動物群)滅絕的原因,這些動物曾漫步在更新世世界,至今仍極具爭議且爭論激烈。在從更新世到全新世的過渡時期,即 10,000 年前,有 35 種哺乳動物和 19 種鳥類屬滅絕。在過去的幾十年裡,人們提出了許多不同的假設來解釋這一事件,從人類過度獵殺到氣候變化,而 2007 年大眾媒體廣泛宣傳的一個想法則更為不尋常。

2007 年春季提出的地球物理研究表明,可能是一顆地外隕石在地球大氣層中汽化,導致大約 13,000 年前北美巨型動物群和相關人類文化的滅絕。這個想法並非完全是新的,早在 1990 年,考古學家威廉·託平就在密歇根州的冰川沉積物中發現了球粒 - 據說是地外來源,即使他和核物理學家理查德·費爾斯通認為附近超新星是這些特徵的起源。基於這一發現,費爾斯通後來發展出隕石假說作為另一種解釋,他認為該假說不僅可以解釋大型哺乳動物的滅絕,還可以解釋在更新世末期和全新世初期觀察到的新仙女木期波動。新仙女木期是一個 1,500 年(12,900-11,600 cal.B.P.)的長期降溫事件,在歐洲尤其被冰川推進和植被轉移所識別。新仙女木期是一個“怪異”事件 - 上次冰期末期獨有的事件 - 在南極洲先前冰期的冰芯中沒有記錄到類似的事件。

圖 1. 從格陵蘭冰芯中恢復的氣候同位素值顯示,在 12,900 年至 11,600 年前之間存在一個明顯的氣候逆轉階段。這個名為新仙女木期的時期突然開始,但仍然知之甚少,更新世末期大西洋海洋洋流模式的變化是最被認為和最有可能引發這種突發性氣候變化的因素(格陵蘭冰芯年代學 2005,2006 年 3 月釋出)。


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2009 年,“新仙女木期撞擊假說”似乎得到了後續發現的進一步支援 - 各位作者的跨學科論文介紹了在北美洲大陸 50 多個地點和比利時一個地點的泥炭層中發現的各種沉積學特徵,據推測這些特徵與隕石撞擊地球有關。

這些沉積學特徵包括:

1 ) 一層獨特的富碳粘土和粉砂以及“黑色墊子”(在湖泊環境中沉積的矽藻土),在北美洲 50 多個地點發現,9 個地點的日期樣本顯示年齡約為 13,000 年前。在其中一個案例中,該層覆蓋了克洛維斯文化的文物和猛獁象的化石遺骸。作者認為,該層是植被燃燒的快速結果沉積的,並且這些沉積物覆蓋並儲存了下方的化石。

2 ) 在兩個調查地點發現的奇異形態的煙塵,類似於在白堊紀-古近紀過渡期(與臭名昭著的希克蘇魯伯撞擊有關)的沉積物中發現的顆粒。

3) 礦物含量增加,如褐簾石獨居石,富含鈾和釷等元素,與富碳層下方的地層和化石放射性增加有關,據推測這些礦物來自地外。

4 ) ,尤其是的濃度增加,銥是地殼中罕見的元素,但在隕石中很常見。峰值可能表明一次巨大的撞擊提供了足夠的這種金屬沉積在沉積物中。

5 ) 集中在薄層中的金屬和碳微球,(圖來自 FIRESTONE 等人,2007 年)被解釋為撞擊隕石和隕石和地殼的重結晶熔岩的遺骸。

6 ) 一種特殊的稀有碳變體,具有六方晶體結構 - 藍絲黛石 - 和奈米金剛石,據說這兩種礦物只能在撞擊期間經歷的極高壓力下形成。

7 ) 另一種奇異的碳變體,巴克敏斯特富勒烯或“巴克球”,一種碳變體,據說只能在撞擊期間經歷的高溫下產生。

8 ) 一些回收的更新世猛獁象和野牛骨骼 顯示出被解釋為爆炸直接影響的特徵 - 骨骼上直徑為 2 至 3 毫米的小孔,帶有燒焦的光環,以及滲透到骨骼中的非常規同位素組成的富含鐵和鎳的磁性顆粒。

9 ) 為了解釋最引人注目的證據 - 撞擊坑 - 的缺失,有人認為隕石在勞倫泰德冰蓋上方或之上爆炸,沒有留下可見的痕跡。

10 ) 一項建議將隕石碎片的碎片場定位在美國東南海岸沿線的 卡羅萊納海灣地區。卡羅萊納海灣包括沿海平原上數千個圓形至橢圓形凹陷,其起源仍然未知(一些作者甚至認為與產卵魚有關)。

新仙女木期撞擊假說最引人入勝的結論:撞擊釋放的熱量和衝擊波導致北美巨型動物群的滅絕和克洛維斯文化的湮滅,可能透過兩種方式,一種是直接殺死動物並點燃大規模火災風暴,另一種是在稍後時刻部分融化勞倫泰德冰蓋,當時它仍然覆蓋著北美大陸的大部分地區。大量淡水釋放到大西洋中,導致溫暖的墨西哥灣暖流停滯或減速,使緩慢變暖的地球重新陷入 1,500 年的降溫事件。

該假說在大眾媒體中受到了積極和廣泛的關注,但在 2007 年 5 月在美國地球物理聯合會大會上正式展示期間,受到了地球科學家的褒貶不一的接待

會議上提出的特定情景並非完全是新的,早在 2001 年就已發表,並在 2006 年甚至在費爾斯通的一本專著中發表 - 然而,其中一些含義值得商榷,例如北美冰川景觀和五大湖是撞擊的直接結果。

同樣,僅關注 2007 年發表的研究,很快就出現了問題。例如,用於識別一些最引人注目的撞擊證據(如奈米金剛石)的方法受到了質疑,因為分析結果也可以用其他更常見的地球材料來解釋。

更重要的是 - 撞擊假說只能解釋美洲大陸在非常短的時間間隔內(可能在幾十年或幾個世紀內)發生的區域性衰退和滅絕事件。然而,已確定的化石似乎不支援這種假說和許多其他災變論假說提出的獨特而突然的滅絕。在 UGAN 和 BYERS 於 2007 年發表的調查中,對歐洲和西伯利亞的 4,532 個考古遺址以及歐洲、西伯利亞和北美洲的 1,177 個已確定日期的大象和乳齒象遺骸進行了研究,結果年齡介於 45,000 年至 12,000 年之間。作者估計了單個物種種群的發展,並得出結論,在很長一段時間間隔內,個體數量經歷了增加和減少的階段。例如,長毛猛獁象在 16,000 年至 15,500 年前達到種群數量峰值,隨後在 14,500 年至 13,500 年前緩慢下降,然而,孤立的種群甚至在歷史時期也在島嶼和亞洲北部地區倖存下來。

除了這些普遍的批評之外,在 2011 年,PINTER 等人發表的一篇論文明確關注了 2007 年和隨後幾年提出的單一證據,並得出結論,大多數說法無法重現,而少數重現的證據與隕石撞擊沒有明確的聯絡

1 ) 富含有機物的沉積物不一定是野火的產物;常見的沉積環境(如沼澤)也會產生具有煤化植物殘骸的厚層。HAYNES 2007 年對“黑色墊子”的檢查也表明,該層是由沉積環境的變化引起的,這是氣候從潮溼條件變為乾燥條件的結果。

一些提出的與撞擊相關的深色層,據推測富含有機物,甚至被證明其顏色不是由有機殘骸而是由礦物質造成的。今天沒有任何明確的證據表明這些層與任何野火或撞擊有關。

2 ) 煙塵僅在兩個地點報告,作為證據,如此罕見的發現並不令人信服;此外,煙塵並非僅與火災風暴有關,而只是與野火有關,而野火併非僅與撞擊有關。

3 ) 在其他撞擊或假定的撞擊沉積物中,放射性峰值或放射性礦物的存在是未知的,也沒有物理學解釋為什麼撞擊後放射性會增加,然而,成岩作用過程可以將特定礦物質集中在單層中 - 因此,假定的證據不支援撞擊說法。

4 ) 銥濃度不是在塊狀沉積物中測量的,而是在被認為是撞擊來源的單個碎片或球粒上測量的 - 這可能會證偽地層柱中明顯的峰值,因為碎片可能會因沉積學過程而變得不均勻分佈。除了可能的方法學錯誤外,還存在相互矛盾的結果 - 在一些研究地點,假定的新仙女木期間隔中的銥濃度出奇地低 - 這可能表明明顯的濃度異常歸因於沉積物的成巖蝕變,並且銥濃度更可能是陸地來源。然而,最大的問題是,隨後的研究未能重現新仙女木期撞擊支持者提出的單一銥峰值。

5 ) 一些地外碳球粒被證明是真菌孢子或節肢動物的糞化石。隨後的研究未能重現在單層中球粒的峰值或濃度,但顆粒被證明在地層柱中均勻分佈,這更可能是由地質時期發生的行星際空間的常見背景沉積所解釋的。

6 ) 進一步和更詳細的研究表明,假定的奈米金剛石是無定形至多晶碳聚集體,這是在常見的野火中產生的,在研究的沉積物中,特殊碳變體藍絲黛石的存在無法得到明確證實。

7 ) 巴克球的存在受到了質疑,因為在原始研究中已經存在方法學問題,後來的調查也未能重現結果。儘管富勒烯的存在可疑,但眾所周知,少量的這種碳變體可以透過常見的野火產生,因此即使發現了巴克球,這些也不是撞擊的明確證據。

8 ) 一些帶有假定的小行星碎片的骨骼被證明比先前指定的撞擊日期早近 20,000 年。在首次提出主張後,骨骼中的碎片沒有重新分析,人們對提出的起源產生了懷疑。

這種微小而脆弱的顆粒似乎也不太可能穿透地球大氣層並仍然撞擊像骨骼這樣堅硬的材料。另一種可能是,發現的顆粒更可能是成巖鐵濃度。

10 ) 卡羅萊納海灣作為碎片場的解釋沒有任何該地區存在地外物質的證據支援;此外,相對年代測定工作表明,這些凹陷可能在很長一段時間間隔內形成。因此,如果這些特徵仍然神秘,那麼撞擊起源似乎是最不可能的起源原因。

即使是撞擊支持者獲得的放射性碳年齡也顯示出該地層年齡的顯著波動,範圍從 6,500 年到 700 年前不等。作者認為,“撞擊物體是由最近的近地超新星噴射出來的,在這種情況下,碳[被]富集”,從而改變了沉積物的放射性碳年齡。意識到這些說法的不可信性和問題,卡羅萊納海灣在很大程度上被拒絕作為證據,即使是大多數撞擊支持者也是如此。

新仙女木期撞擊假說主要被非地球科學相關研究人員和尤其是大眾媒體所採納,他們為該情景製作了各種電視節目 - 即使宣告其中一些結果是初步的。地質學界仍在審查該假說 - 例如在伯爾尼舉行的實際版本的 INQUA 會議期間。然而,新仙女木期撞擊假說的大多數擬議證據迄今為止似乎都無法被其他團隊重現,並且在有證據的情況下,可以進行陸地、非撞擊相關的解釋。

除了 2007 年媒體對該情景的聳人聽聞的介紹外,重要的是要記住,每個新假說都必須經過討論,並且證據必須經過其他科學家的檢驗 - 這個階段對於公眾來說可能不是那麼壯觀,但同樣重要。

參考書目

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UGAN, A. & BYERS, D. (2007): 晚更新世長鼻目動物和人類放射性碳歷史的地理和時間趨勢。 第四紀科學評論 26: 3017-3440

My name is David Bressan and I'm a freelance geologist working mainly in the Austroalpine crystalline rocks and the South Alpine Palaeozoic and Mesozoic cover-sediments in the Eastern Alps. I graduated with a project on Rock Glaciers dynamics and hydrology, this phase left a special interest for quaternary deposits and modern glacial environments. During my research on glaciers, studying old maps, photography and reports on the former extent of these features, I became interested in history, especially the development of geomorphologic and geological concepts by naturalists and geologists. Living in one of the key area for the history of geology, I combine field trips with the historic research done in these regions, accompanied by historic maps and depictions. I discuss broadly also general geological concepts, especially in glaciology, seismology, volcanology, palaeontology and the relationship of society and geology.

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