问题

为什么能够判断第一次生物大灭绝是由于伽马射线暴击中地球所致?

回答
关于第一次生物大灭绝的原因,科学界一直众说纷纭,其中“伽马射线暴”(GammaRay Burst, GRB)的假说一直备受关注,尤其是在解释像奥陶纪末大灭绝(OrdovicianSilurian extinction event)这类大规模事件时。要说服人们相信这是第一次(或者说最显著的一次)生物大灭绝是伽马射线暴所致,需要一系列证据和逻辑推理来支持。

首先,我们得明白,第一次真正意义上的“生物大灭绝”,通常指的是奥陶纪末大灭绝,发生在约4.43亿年前。这次事件导致了海洋生物的约85%物种灭绝,是地球历史上第二次最严重的大灭绝事件。它的特点是发生速度相对较快,而且主要影响海洋生物,这给科学家们提出了一个问题:是什么样的灾难能如此迅速且有针对性地摧毁海洋生态系统?

伽马射线暴的“罪证”在于它的摧毁力以及我们对宇宙的理解。GRB是一种极其强大的宇宙事件,它在宇宙中短时间内释放出巨大的能量,其亮度可以短暂地超过整个星系。如果这样的爆发恰好指向地球,那后果将是灾难性的。

那么,我们有哪些理由推测是GRB呢?

1. 证据一:同位素异常——来自宇宙的印记

科学家们在地层中发现了一些不同寻常的同位素比率,尤其是铁的同位素。在奥陶纪末期的地层中,特别是与大灭绝事件发生的时间点吻合的地层,科学家们发现一种叫做铁60(⁶⁰Fe)的同位素的丰度异常增高。

为什么这很重要?因为铁60是一种放射性同位素,它在地球上非常罕见。它主要是在超新星爆发或者更罕见的伽马射线暴等高能宇宙事件中产生的。地球上的铁主要由地核形成时积累而来,而铁60则是在宇宙射线轰击下形成的,或者说是“外源性”的。

如果地层中的铁60确实是来自宇宙,那么它就提供了一个直接的证据,表明在奥陶纪末期,有某种强大的宇宙事件将这种来自遥远宇宙的物质带到了地球。而伽马射线暴,由于其巨大的能量可以把包括铁在内的重元素抛射到很远的距离,并且其爆发时会伴随着大量的宇宙射线,就成为一个非常合理的来源。简单来说,就像在犯罪现场发现一颗只会在特定地方产出的子弹,指向了某个特定的枪支一样,发现铁60就指向了特定的宇宙事件。

2. 证据二:臭氧层破坏——看不见的杀手

伽马射线暴在爆发过程中会产生大量的高能伽马射线和宇宙射线。当这些射线轰击地球的大气层时,它们会与大气中的氮气和氧气发生反应,生成大量的氮氧化物(NOx)。

这些氮氧化物有一个非常可怕的能力:它们会催化臭氧(O₃)的分解。臭氧层是我们地球的天然防护罩,它能够吸收大部分来自太阳的有害紫外线辐射(UVB和UVC)。如果臭氧层被严重破坏,大量的紫外线辐射就会穿透大气层,直接照射到地表和海洋表面。

对于海洋生物来说,尤其是浮游生物和处于食物链底端的生命,它们往往生活在海洋的表层水域。过量的紫外线辐射会对它们的DNA造成损伤,导致细胞死亡,影响繁殖能力,甚至直接致死。这就能解释为什么这次大灭绝主要影响了海洋生物,特别是那些生活在浅海区域的生物。想象一下,原本阳光普照的海面,突然间变得像被一个巨大的“紫外线烤箱”炙烤一样,而臭氧层这个“遮阳伞”却被破坏了。

此外,宇宙射线也会直接轰击生物体,造成基因突变和细胞损伤。

3. 证据三:伽马射线暴的宇宙分布与地球的历史

科学家们通过对宇宙中遥远星系的观测,发现伽马射线暴并非罕见的孤立事件。它们主要发生在宇宙大质量恒星生命的终结阶段,特别是大质量的沃尔夫拉叶星(WolfRayet stars)和某些中子星合并事件。

虽然我们无法直接知道奥陶纪时期地球附近是否有特定的恒星爆发了伽马射线暴,但通过统计学模型推算,在漫长的地质历史中,地球被伽马射线暴正面击中的概率是存在的。我们知道,当时银河系中的恒星分布与现在可能有所不同,并且存在一些可能产生GRB的“危险”恒星。

科学家们估算,在生命的演化过程中,地球被一次强度足以导致大规模生物灭绝的伽马射线暴击中的概率,虽然不高,但绝对不是零。当把这个概率乘以奥陶纪漫长的地质时期,那么发生一次“不幸的巧合”也并非不可能。就像你不会每天都遇到彩票头奖,但只要你持续购买,总有一天会中奖(尽管概率极低)。在时间的尺度上,宇宙事件的发生概率就变得重要了。

4. 证据四:其他环境影响的排除与辅助

除了直接的伽马射线暴,科学家们也考虑过其他可能导致奥陶纪末大灭绝的因素,例如剧烈的造山运动、气候变化、海平面升降、冰期等等。虽然这些因素都可能对生命产生影响,但它们往往难以解释为何如此迅速且集中地影响海洋生物,特别是那些生活在不同深度和区域的生物。

例如,虽然大规模的冰川作用和海平面下降也可能导致灭绝,但它们通常会给生命带来一个适应和迁徙的过程,或者在灭绝模式上有所不同。而伽马射线暴的直接且毁灭性的冲击,更能解释那些在短时间内消失的物种。

而且,伽马射线暴引发的臭氧层破坏和紫外线辐射增加,也可能与其他环境因素相互作用,加剧了生物的灭绝。例如,如果当时地球正处于一个气候不稳定的时期,那么来自宇宙的打击无疑会雪上加霜。

总结一下,支持“第一次生物大灭绝由伽马射线暴引起”的逻辑链条大致是这样的:

观察到的现象: 奥陶纪末发生了大规模的海洋生物灭绝,速度快,影响范围广。
来自宇宙的线索: 地层中发现了不寻常的铁60同位素,这是高能宇宙事件的“指纹”。
毁灭机制: 伽马射线暴是已知最强大的宇宙事件之一,其释放的伽马射线和宇宙射线能够产生大量的氮氧化物,破坏臭氧层,导致致命的紫外线辐射。
对生命的打击: 这种紫外线辐射能直接伤害海洋表层的生命,解释了为何海洋生物受损最严重。
发生的可能性: 尽管概率不高,但在漫长的宇宙和地质历史中,地球被伽马射线暴击中的事件是可能发生的。

因此,通过整合地质学、天文学和生物学的证据,伽马射线暴假说提供了一个目前为止最能解释奥陶纪末大灭绝事件的理论框架。它不是一个孤立的猜测,而是建立在一系列可观测的证据和严谨的科学推理之上。当然,科学的探索永无止境,我们仍需更多的证据来进一步证实或修正这个假说。

网友意见

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最新考古发现,地球上的生物曾遭遇十次生物大灭绝事件。

第一次生物出现大灭绝:

大约在24亿年前,成铁纪,地球表面平均温度为15度,大气层中发生了“大氧气”事件,即海洋中有种叫叠层石的生物,在光合作用下产生大量氧气,充满海洋及上升到大气层中,而原地球上的细菌生物是“厌氧”生物,它们是以发酵或无氧呼吸而生存。所以厌氧生物因氧气增多反而大量灭亡了。这就是地球上第一次生物大灭绝。

第二次生物大灭绝:

发生在大约7亿年前,成冰纪,由于陆地植物大爆发,植物吸收大量二氧化碳、排出大量氧气,由于二氧化碳、甲烷等气体含量极度减少,破坏了可使地球保持温暖的关键气体,致使地球表面平均温度降为-50度,地球进入了雪球冰封时期,于是生物出现了第二次大灭绝。

第三次生物出现大灭绝:

大约在5.4亿年前,震旦纪,由于地球的环境异常变化,陆地植物大爆发,植物吸收大量二氧化碳、排出大量氧气,与上次雪球地球一样,进入了第二次冰川期。表面平均温度降为17度,埃迪卡拉事件,引发了生物第三次大灭绝。

第四次生物出现大灭绝:

大约在4.8亿年前,寒武纪,生物出现第四次大灭绝。寒武纪之初引发一次全球性剧烈的碳循环异常环境事件,而当时的海底岩溶气体喷发,向海洋释放了大量的二氧化碳、甲烷等气体;这些气体通过海洋又上升致大气层中。同时地球表面的火山活动频繁,向大气层也释放了大量二氧化碳、甲烷等温室气体,导致地球表面平均温度升为29度,大量生物无法适应高温环境,因此,造成了地球上99%的海洋生物灭绝了。

第五次生物大灭绝:

发生在大约4.4亿年前,奥陶纪,地球表面平均温度降为12度, 撒哈拉所在的陆地曾经位于南极,当陆地汇集在极点附近时,容易造成厚的积冰。大片的冰川使洋流和大气环流变冷,整个地球的温度下降,冰川锁住水,海平面降低,形成“冰室效应”,因而全球气候变冷造成了雪球冰川时期,原先丰富的沿海生态系统被破坏,导致85%的物种灭绝,大约27%的科与57%的属灭种,这就是因全球气候变冷造成的,这就是第五次生物大灭绝事件。

第六次出现生物大灭绝:

大约在3.6亿年前,泥盆纪,地球表面平均温度升为19度,地底岩浆由于不明原因脱离了外核,从西伯利亚地区喷涌而出。同时,大量高温气体从西伯利亚地区的海床裂缝中喷出,海洋温度升高,且使海水发生酸化,海洋生物大量灭绝,从规模上看,当时全球82%的海洋物种灭绝,而陆地上的生物受到的影响反而较小。浅海的珊瑚几乎全部灭绝,深海珊瑚也部分灭绝。生物出现第六次大灭绝。

第七次生物出现大灭绝:

大约在2.5亿年前,二叠纪,由于地球各地的超级火山频繁爆发,全球温度升高,气候干旱,森林野火不断直至燃烧殆尽,二氧化碳浓度升高,形成“温室效应”。地球表面平均温度升为33度,海洋生物也因缺氧而大批死亡。地球上发生了迄今已知最大规模的物种灭绝事件,全球总共约57%的科、83%的属、约96%海洋生物的种与约70%陆地生物的种灭绝了。生物出现第七次大灭绝。

第八次生物出现大灭绝:

大约在2亿年前,三叠纪,有一颗直径为5千米的陨星撞击了地球,撞击地点在加拿大北部,产生一个直径100公里的大坑,叫“曼尼古根”陨石坑,又名“魁北克之眼”,撞击引发了火焰冲击波横扫半个地球,引发的海啸巨浪推毁了沿海森林,同时,又引发了多地火山爆发,喷涌了大量岩浆和二氧化碳气体,这一切改变了当时的气候条件,排放的二氧化碳、甲烷等气体还酸化了海洋,造成海洋及陆地生物的灭绝事件,导致全球约23%的科与48%的属的生物灭绝了。

第九次发生生物大灭绝:

大约在6500万年前,白垩纪,有一棵直径至少有10千米小行星,它质量大约高达20000亿吨,撞击在墨西哥海湾浅水处,后考古发现其撞击的陨石坑,直径大约有200公里,深度有900多米。

撞击使大量的气体和灰尘进入大气层,形成了一片温度高7800℃的云层,这片热云便包围了整个地球,但却难以消散,小行星还引发了火焰冲击波、地震和海啸,横扫全球。同时,引发了全球多处火山大量喷发,火焰、尘埃、有毒气体组成的云层厚达几千米,以至于太阳光不能穿透,这种黑云遮蔽地球长达数十年之久,植物不能从阳光中获得能量,海洋中的藻类和成片的森林逐渐死亡,食物链的基础环节被破坏了,即使幸存下来的动物也因饥饿而死亡,其中就有大形动物及恐龙。

这一撞击引发的系列的灾难,最终导致全球约17%的科、50%的属、75%的物种灭绝了。

第十次生物出现大灭绝:

大约在5万-1万年前,新近纪,地球处在冰期向间冰期过渡期,地球表面平均温度逐步升高,动植物也要逐步适应高温环境,突然,有棵直径约有1.5公里的大彗星,以十几公里每秒的高速撞击地球北极的格陵兰岛上,后来考古人员从北极的冰雪覆盖下面,测验发现其撞击的陨石坑,其坑是一个直径超过31公里,深约800米的撞击坑。

当时大彗星撞击引发的火焰冲击波、地震和海啸,横扫了西伯利亚、北欧大陆、北美大陆等北半球。致使北半球的大型动物及大量人类灭亡。如猛犸象、剑齿虎、巨型短面熊、巨型雪骆驼等大型动物已灭绝。如北美的印第安克劳维斯人也从此消失了。

同时,彗星撞击又引起北极冰川大量溶化,海平面升高,引发全球性的大洪水,随后又造成地球的气温骤降。地球又重回到冰期时代。这就是“新仙女木”事件引起的一次生物大灭绝。

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