誰殺了恐龍？

第一個與大滅絕有關的隕石撞擊遺跡，就是銥元素（iridium）在地層中集中的情形。這種元素在地殼岩層中很稀少，但是在許多隕石中卻很多。1980年，美國加州大學柏克萊分校的一個研究團隊發表了一篇報告，指出義大利古比奧附近有個厚一公分的黏土層，銥含量高得令人驚訝。這個研究團隊的主持人是1968年諾貝爾物理獎得主路易斯．阿瓦雷茲，和他的兒子地質學家華特．阿瓦雷茲。地表上累積的宇宙塵，要是以每日平均值來算，無法解釋那麼高的銥含量，因此他們提出了一個假說：那個黏土層是地殼受到小行星撞擊的落塵堆積而成的；他們估計那顆小行星的直徑大約有10~14公里。

更有趣的是，那個黏土層測定的年代是6500萬年前，正值白堊紀末期（中生代結束）。恐龍時代因為一顆巨大的隕石撞擊地球而結束？也許同樣的事件與最近六億年的其他大滅絕也有關聯？這個劃時代的假說，就是從銥含量的發現誕生的。20年前這個包山包海的大膽說法震驚了科學界；大多數科學家都認為恐龍滅絕是個漸進的過程，主因是地表上的火山活動越來越頻繁。阿瓦雷茲的結論引發了熱烈辯論，學者開始重新檢驗白堊紀末期的岩層。（圖說︰銥這個元素在地球岩層中很稀少，但是某些隕石中含量很高，也許會保存在落塵形成的黏土層中。圖中深色帶即為落塵層。）

重新檢驗之後，結果發現另外三種隕石撞擊遺跡：地表上的岩石與植物顯著變形而形成微球、受撞擊而變形的石英，以及集中的煤灰。1981年，現在任教於荷蘭阿姆斯特丹大學的史密特，發現用顯微鏡才能觀察到的玻璃微粒，叫作「微球」（microspherules，圖左）。史密特認為那是熔化的岩石因為濺上空中而迅速冷卻才形成的。三年後，美國地質調查所的波霍等人，首先對變形石英的成因提出了解釋（圖右）。石英是非常穩定的礦物，即使地殼深處的高溫與高壓都沒法改變它。換言之，地球上幾乎沒有力量能使石英變形。

雖然學者已認為微球與變形石英可以當作地球遭受過巨大撞擊的證據，仍有一些人認為不妨以劇烈的火山活動來解釋。猛烈的火山爆發的確可以使石英碎裂，但是只會朝同一方向碎裂，可是波霍收集的標本，碎裂的方向卻有好幾個。微球中的微量元素，與火山爆發形成的微球截然不同。世界各地的白堊紀末期遺址中，科學家發現了超過100處有銥含量高得異常的層位，採集到變形石英標本的遺址也超過30處。

1980年代發表的四種撞擊遺跡中，最沒有爭議的就是煤灰與灰燼，那是由隕石撞擊引起的大火造成的，比正常值高10~1000倍。不過，支持隕石撞擊說最令人信服的證據，就是找到了隕石坑，位於墨西哥猶加敦半島上今天叫作奇虛樂的地方。1980年阿瓦雷茲公布了「銥假說」之後不久，地球物理學家卡馬哥與潘菲德就發表了他們的發現。他們服務於墨西哥國營石油公司（PEMEX），在墨西哥灣海底探勘油氣，哪知發現了一個巨大的圓形結構，後來估計直徑達180公里。1991年，其他學者證實了那的確是個隕石坑。

針對地球上氣候大變動、生物大滅絕的研究，從此發生了重大轉折，因為學者找到了一個合理的隕石撞擊點，就不再只是著眼於地球內部的肇因，例如火山活動，他們開始認為整個事件源自非比尋常的大災變。火山爆發與隕石撞擊都會噴出大量有毒的污染物到大氣中，例如灰燼、硫化物與二氧化碳，導致氣候變遷、環境惡化。它們的差別是發生影響的時機。隕石撞擊是瞬間事件，理論上幾千年內就能殺死大量物種。而大規模的火山活動會持續噴出污染物，長達幾百萬年，對生物與棲所的影響是漫長的。

尋找線索間的關聯

我們知道星塵像銥一樣會隨著彗塵、小行星、彗星一起掉落地表後，就決定在地球沉積層中搜尋「富勒烯」這種外來的碳分子（圖左）。我們選擇了一個已知的撞擊遺址：加拿大安大略省索德柏立一個18億5000萬年前的隕石坑。因為它相當獨特，覆蓋了一層含碳豐富的角礫岩，混合著受撞岩層的碎屑與其他的撞擊落塵。這個隕石坑與墨西哥奇虛樂隕石坑引起的爭論沒什麼不同，一直到找到變形石英與碎裂錐（這個特徵據學者的描述，就是保存在岩石中的撞擊波，見圖右），大部分科學家才相信它是隕石撞擊造成的坑，而不是火山爆發的結果。

◎華人觀點◎支持火山說的地質學家羅清華這樣說︰

撰文╱羅清華，美國普林斯頓大學地質與地球物理系博士，台灣大學地質科學系教授，研究領域為地球與物質環境之演化機制。

此起彼落的大災難

多年前，人們發現恐龍絕滅的時間與印度德干高原大規模的洪流玄武岩噴發（即火山作用）年代相當一致，於是有「生物絕滅起因於洪流玄武岩噴發」的說法。同樣的，發生於2億5000萬年前二疊紀末與2億年前地球史上最大的絕滅事件，也曾被認為與火山爆發相關。1995~2000年間，美國加州大學柏克萊分校的倫尼與麻省理工學院的波林，分別利用同位素定年法，分析中國浙江煤山地區二疊紀末地層的火山物質，以及西伯利亞洪流玄武岩的年代，發現兩個事件幾乎同時發生在2億5000萬年前左右的100萬年內，因此他們推論，此次大絕滅是因西伯利亞發生大規模火山爆發所致。

無獨有偶的，中國西南部峨眉山也約在同時發生大規模噴發，顯示當時地球表面有多個火山同時大規模的噴發，引發二疊紀末的生物大絕滅。1999年，哥倫比亞大學的歐爾森也在《科學》雜誌發表類似的論文，報導三疊紀末生物絕滅與廣布歐洲西部、美洲東岸與非洲西緣的玄武岩噴發有相當的關聯性，不但年代十分接近，規模也約略相當於西伯利亞的噴發。果真如此，六億年來五大生物滅絕的三個主要事件，發生時間都與大規模火山作用有重要關聯。

兩種理論各擅勝場

的確，地球無時無刻不受到隕石的撞擊，不但可引起大範圍的火災、直接造成隕石坑，而且可能帶來十分可觀的輻射與波擊，導致地球變形或海面立即的升降變化。此外，隕石碎片與接近大氣層時燃燒爆炸形成的灰燼，也會迅速漫布於大氣層內，影響太陽輻射作用、產生溫室效應，還會帶來大量的外太空物質，包括銥與富勒烯等地球上稀少的固態物質，或是二氧化碳、二氧化硫等氣態物質，進而使大氣層與水圈產生變化，威脅生物的生存而導致絕滅發生。

同樣的，洪流玄武岩在短時間內的大規模噴發（印度德干玄武岩洪流就在100~200萬年內噴發了約260萬立方公里的火山物質）過程中，大量灰燼與二氧化碳、硫化物等氣體，藉由噴發作用進入大氣層與水圈，確會造成全球性的氣候與海水成分變化，足以產生溫室效應，並造成大規模冰山與冰帽的溶解，導致海面上升，大幅縮小陸生動植物的生存空間。而暖化的結果與火山所帶來的熱流，也常使儲藏於沉積岩層的甲烷大量釋出，隨之而來的氧化作用更加速大氣層中二氧化碳的富集。另外，隨後發生的冰期也會造成反向的大幅度海退作用，便惡化海洋生物所賴以生存的環境。而大量火山灰燼飄浮於大氣層中，阻絕了太陽輻射作用，同樣不利於生物的生存。

顯然，大規模洪流玄武岩的火山噴發與星球撞擊事件，都足以造成全球性的巨大環境改變，導致生物絕滅。當然，兩者還是有所不同，例如人們就曾懷疑，短時間之內（約在數十到數百萬年間）發生的火山噴發畢竟具有地域性，是否真能產生全球性環境變遷與生物絕滅，這是值得斟酌推敲的。相對的，星球撞擊似乎難以解釋海底生物的大規模絕滅。

貝克於前頁發表的〈隕石輪番轟炸地球〉，認為生物絕滅多導因於星球撞擊，此一說法並不是沒有受過質疑，例如加州理工學院的法利使用同一種方法分析貝克的標本，並沒有發現富勒烯與惰性氣體等任何來自外太空的物質；日本東京大學的磯崎行雄也認為，貝克分析的標本並不是出自於二疊紀末的界面地層，而是採自界面下方數公尺的地層。果真如此，二疊紀末即使有星球撞擊，發生的時間也應早於生物絕滅。另外，美國萊斯大學的海曼也曾發表富勒烯在地球也會出現的事實。果真如此，二疊紀末生物絕滅是否起因於星球撞擊，仍有待進一步的科學驗證。

到底是誰闖的禍？

檢視已知的科學證據，可能造成生物絕滅的兩大事件，似乎都還不足以完整解釋所有現象。就已知的五大絕滅事件而言，其中有三項似乎與火山作用有關，但白堊紀末恐龍絕滅的同時，卻與大型星體撞擊有密切關係。星球撞擊似乎較能解釋生物大規模、短時間內絕滅的發生，但不能解釋為何許多已知的大型撞擊事件卻沒有造成生物絕滅。

舉例來說，目前已知最大範圍的澳亞隕石事件發生在80萬年前，形成多座隕石撞擊坑，伴隨的雷公墨更廣布於亞洲、印度洋、澳洲等地區，廣達地球表面積的1/10；該事件除了影響到中國廣西地區的新石器時代人類，並造成大面積的森林大火外，似乎並未導致生物大絕滅。同樣的，地球經常受到隕石撞擊，依統計，平均每50萬年就可能受到直徑超過一公里的星體撞擊。

正如貝克文中的圖表顯示，地球尚有數十次重要的撞擊事件，但絕大多數並未伴隨絕滅的發生。因此，生物的絕滅究竟是導因於星球撞擊還是大規模火山作用呢？這仍是一個未解的重要科學問題，有待更多新證據的收集與發現，也需要進一步的邏輯檢驗與論證。【本文摘自科學人2002年5月號「生物滅絕是誰闖的禍？」一文。】