裂开的小行星砸向地面，点燃了 10% 的北半球，让人类遭遇了千年寒冬

环球科学
2022-11-08 18:22

图片来源：pixabay

说起恐龙灭绝前的那场小行星撞击，我们或许会觉得那是一场遥远的灾难。但就在一万多年前，人类或许也曾经历过类似的天灾。

大约 6600 万年前，一颗巨大的小行星撞上了如今墨西哥的尤卡坦半岛，引发了大范围的野火和海啸。如果说野火和海啸影响的范围都还有限，那么撞击和野火（或火山）带来的烟雾和尘埃很快覆盖了地球表面，遮蔽了阳光，让整个地球迎来了一段漫长的冬天。

这颗小行星就是著名的希克苏鲁伯（Chicxulub）小行星。就在这场撞击后不久，阳光的缺失摧毁了整个生态系统，地球迎来了白垩纪末大灭绝 —— 或者说我们俗称的“恐龙灭绝”：约 76% 的物种从此消失了，其中就包括所有的非鸟类恐龙。

你可能会觉得，这样一幅末日景象离我们很远。但人类或许也曾经历过类似的事件，就在一万多年前。

需要说明的是，目前对白垩纪末大灭绝的原因仍有很多争议。一般认为，希克苏鲁伯小行星撞击和德干火山爆发使地球的环境和气候发生了剧变，从而影响了全球的生态系统。然而这两个事件在这场生态灾难中扮演了怎样的角色，学界至今没有达成一致。（图片来源：pixabay）

“厄运之花”

故事还要从更新世末期说起，地球告别了最近一次冰期（被称为末次盛冰期，LGM），开始缓慢升温。然而 12 900 年前，这样的趋势突然被打断了 —— 全球的大部分地区气温骤降，在短短几十年间，全球平均气温可能下降了 6-8℃，地球进入了长达 1300 年的寒冬。这场突如其来的冬季结束的也很突然：格陵兰的冰芯记录显示，大约 11 700 年前，当地气温在 10 年内迅速上升了 10℃，标志着这段漫长寒冬的结束。

这次突然的降温被称为“新仙女木事件”，它得名于一种植物 —— 仙女木（Dryas octopetala）。仙女木是一种耐寒不耐热的植物，会开出白色的小花，如今主要生长在寒冷的北极地区。然而在 12 900-11 700 年前，作为大规模降温的证据，这种小白花几乎开遍了整个北半球。

仙女木开出的小白花（图片来源：Jörg Hempel / wikipedia）

广阔的草原上摇曳着白色的小花，听起来是很美丽的景象。然而对许多物种，包括人类来说，仙女木更像是一朵“厄运之花”。就在同一时期，北美洲和欧洲的哺乳动物明显衰退，尤其是乳齿象、大地懒等典型的巨型动物退出了北美洲。北美洲的克洛维斯文明也就此销声匿迹。

在北美洲，有一套很明显的深色地层，就形成于约 12 900 年前新仙女木事件刚开始的时候，被称为“黑垫”（black mat）。在黑垫层下面的地层中（比黑垫层更古老），出土了大量巨型动物骨骼化石和属于克洛维斯文明的独特工具，然而在黑垫层以上（比黑垫层更年轻），却几乎找不到巨型哺乳动物与克洛维斯人的任何痕迹了。

最左为克洛维斯人独特的石质工具（图片来源：D. G. Anderson et al., 2011）

小行星“到此一游”

就和地质历史上几乎所有气候变化事件一样，关于新仙女木事件的成因众说纷纭。2007 年，美国劳伦斯伯克利国家实验室的 R. B. 费尔斯通（R. B. Firestone）和同事发现了一组关键的证据。他们发现，北美洲的黑垫层下方还有一个很薄的沉积层，虽然只有不到 5 厘米厚，但其中布满了微球粒、纳米金刚石颗粒、各种奇怪形态的碳、木炭和烟粒，微球粒中还检测到了很高的铱含量。

这些发现仿佛是递给地质学家的一条留言 —— 小行星“到此一游”：首先，微球粒本就是陨石撞击现场的“常客”；同时，铱在地球表面很稀有，因此大量的铱往往指向了地外天体。虽然高铱含量的微球粒还有可能形成于火山喷发，但研究者进一步分析了微球粒的成分，对比已知的各类陨石和形成于火山的微球粒，最终排除了它们来自火山的可能性。

与这些高铱微球粒同时出现的，还有许多球形的碳和玻璃质的碳，这些物质与烟粒、木炭共同指向了另一个来源 —— 野火。在现代的森林大火中，也能观察到类似的物质。因此，研究者怀疑在 12 900 年前，这里曾发生过一场陨石撞击，并因此点燃了野火，撞击和燃烧产生的高温将大量的有机质燃烧成了碳球、玻璃态的碳甚至纳米级的金刚石颗粒。

在黑垫层中发现的碳质球粒（上）和碳质玻璃（下）（图片来源：R. B. Firestone et al., 2007）

碎裂的小行星

如果说 2007 年的这项研究拉开了新仙女木事件撞击说的序幕，那么 2018 年发表的一项大型研究就向我们描绘了更为清晰的图像。由 24 名科学家组成的团队，从全球 170 多个地点采集了冰芯或沉积物样品，试图复原出一万多年前这场事件的全貌。由于内容过多，这项研究分为两篇论文，同时发表在了《地质学杂志》上。

这次，研究者不仅找到了更全面的撞击和野火证据，还根据沉积物中烟粒的浓度，计算了一万多年前那场野火的面积 —— 这场火燃尽了大约 7.3%±2.3% 的生物质，烧毁了近 1000 万平方千米的陆地，约占北半球陆地的 10%。相比之下，白垩纪末大灭绝事件期间燃烧的生物质还不到这场大火的三分之一。

根据计算，这种规模的燃烧所产生的烟雾和气溶胶完全有能力遮蔽太阳，给地球带来一场千年寒冬。然而还有一个问题是，小行星撞击如何引发这么大规模的火灾？

作为对比，100 多年前在西伯利亚发生的“通古斯大爆炸”曾被认为是某个小行星在地球大气内爆炸导致的，据估计，这场爆炸产生的冲击力接近 200 颗原子弹，影响面积有 2000 平方千米，但点燃的面积只有不到 200 平方千米。如果想要点燃北半球的 10%，所需的能量要大得多，可能要 1000 兆吨 TNT 当量。

通古斯大爆炸发生地点附近倒伏的树木（图片来源：the Leonid Kulik Expedition）

那么是一个巨大的小行星撞到了地球吗？也不太可能，因为“一次较大的小行星撞击事件，很难形成这样广泛散布各地的物质沉积。”美国堪萨斯大学的阿德里安・梅洛特（Adrian Melott）解释道，他是这项研究的作者之一，“因此我们猜测，更可能是一颗小行星碎裂开，碎片分散撞击了几个大陆。”

按照计算，这颗小行星的直径需要大于 100 千米，大约在进入地球轨道后开始解体，碎片与至少 4 个大陆相撞，或在大陆上空爆炸，释放的能量引发了大规模的野火。当大量气溶胶进入平流层后，阳光被大幅遮挡，导致了千余年的“撞击冬天”。与此同时，NH4 和 NO3 还有其他生物质燃烧的副产品在大气中发生化学反应，很可能导致了酸雨。一系列的气候变化、野火和环境退化导致了巨型动物和人类文明的衰退或转型。

没有结局的故事

如果说这些冰芯与沉积层中的指示剂都还是比较间接的证据，那么 2020 年发表于《科学报告》的一项研究可能提供了更为直接的证据。

在叙利亚北部的 Aby Hureyra 考古遗址中，考古学家发现了大量熔化后有重新凝结的金属颗粒和玻璃态物质，其中包括熔点在 1768℃的铂和熔点在 2466℃的铱。也就是说，当时周围的大气温度甚至可能达到了近 2500℃。

研究的作者之一，美国加州大学圣芭芭拉分校的地质学家詹姆斯・肯尼特（James Kennett）表示：“在这样高的温度里，一辆车可以在不到一分钟之内完全熔化。”他们认为，这种能量强度只能由瞬间的高能量现象造成 —— 很可能就是小行星撞击事件的结果。如果真的如此，那这里可能就是第一个记录了小行星碎片给人类居住区带来直接影响的遗迹。

在文章最后，需要说明的是，新仙女木的撞击假说也只是故事的一个版本。另一个更为“主流”的假说认为是北半球的冰盖迅速融化，导致海洋的温盐环流放缓，从而改变了全球气候。同样，也有许多证据指向了这个版本的故事。

或许就和恐龙灭绝一样，我们只能等待更多的证据出现，来揭开故事的“真相”。当然，更大的可能性是，我们永远无法确定自己有没有找到那个“正确的”答案。