隕石的氣候變化故事

2013年10月18日，烏克蘭天文學(xué)家宣布，他們觀測(cè)到一顆直徑約為410m的小行星，并且該小行星有六萬(wàn)分之一的可能性在2032年8月26日和地球發(fā)生相撞。這個(gè)報(bào)道不禁讓人們回想起8個(gè)月前的2月15日上午，一顆隕星墜落在俄羅斯中部烏拉爾地區(qū)的駭人情景。此次天文事件直接造成包括200名兒童在內(nèi)的近千人受傷，并導(dǎo)致近300棟住宅樓、10余所中小學(xué)校、一批工業(yè)企業(yè)和社會(huì)設(shè)施受損。

據(jù)科學(xué)家事后追蹤分析，一顆直徑超過(guò)2m，重量超過(guò)10噸的不知名行星是造成此次災(zāi)害的罪魁禍?zhǔn)?。它?5km/s的超高速度沖進(jìn)地球，在與地球大氣層高速摩擦后發(fā)生劇烈燃燒，在1000多℃的高溫下解體破碎，其殘骸，就是隕石，分散砸落到俄羅斯境內(nèi)，形成了一場(chǎng)壯觀但是可怕的隕石雨（圖1）。

從天文學(xué)角度看，在茫茫宇宙中，人類賴以生存的地球只是一顆極為普通的星球，與其他天體發(fā)生碰撞也是極為平常的事。在地球45億多年的生命史上，她經(jīng)受過(guò)無(wú)數(shù)次大小不一隕石和小行星的撞擊。據(jù)天文學(xué)家估算，墜落體積大小類似俄羅斯隕星的事件在地球上大約5年發(fā)生一次，且絕大多數(shù)隕星墜落在人跡罕至的地區(qū)。而大約每1000年會(huì)有一顆直徑100m左右的隕星撞擊地球，直徑10km級(jí)的隕星撞擊則大約每隔1億年會(huì)發(fā)生一次。

科學(xué)家認(rèn)為，外來(lái)天體的撞擊不但在地球的起源和演化過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，更重要的是，這些隕星、彗星、小行星等不同大小天體本身攜帶的各種化學(xué)物質(zhì)，以及在撞擊過(guò)程中高溫高壓物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，直接影響著地球生命的出現(xiàn)和生物演化進(jìn)程。

長(zhǎng)期以來(lái)就有一種科學(xué)理論認(rèn)為，6600萬(wàn)年前地球生物史上最嚴(yán)重的滅絕事件就是隕石撞擊所導(dǎo)致的?？茖W(xué)家根據(jù)該理論通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬發(fā)現(xiàn)，該次生物滅絕事件是由一個(gè)10km級(jí)規(guī)模的隕星撞擊引發(fā)的。這顆隕星撞擊到現(xiàn)在的墨西哥尤卡坦半島附近，所揚(yáng)起的巨量塵埃被拋入大氣，在大氣環(huán)流的帶動(dòng)下，遮蔽全球天空長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，使地球氣候從適合恐龍等大型動(dòng)物生存的溫濕環(huán)境，快速進(jìn)入到冰河期。此次事件不但使大約70%的生物物種消失，更導(dǎo)致恐龍等巨型生物的滅絕。而值得人類慶幸的是，正是此次事件為人類的出現(xiàn)提供了可能。

近年來(lái)，一些科學(xué)家認(rèn)為天外星體除了對(duì)地球生物的湮滅和出現(xiàn)起到關(guān)鍵性作用，還可能對(duì)地球氣候變化有重大影響。天文學(xué)發(fā)現(xiàn)表明，30億年前，太空中曾經(jīng)發(fā)生過(guò)一次行星大爆炸，爆炸后在太空中形成了由不同大小隕石組成的隕石帶。當(dāng)太陽(yáng)在銀河中繞行穿越這條帶時(shí)，受到隕石撞擊的可能性就會(huì)大大增加?？茖W(xué)分析發(fā)現(xiàn)，地球冰期出現(xiàn)的周期大約在2.5至3億年左右，這與太陽(yáng)繞銀河的周期2.25至2.5億年大致重合。因此，科學(xué)家推論，地球在某些時(shí)期會(huì)受到更頻繁的隕石撞擊，是導(dǎo)致地球氣候變化的原因之一。但是，這個(gè)科學(xué)猜測(cè)一直缺乏確切的證據(jù)來(lái)證明。

最近，瑞典科學(xué)家提出了新思路。這些科學(xué)家注意到對(duì)大部分隕石而言，在進(jìn)入大氣層后，或者燃燒消失，或者在撞擊地面形成撞擊坑。落到沙漠地區(qū)的隕石，通常會(huì)在23萬(wàn)年內(nèi)分解完畢。在多雨地區(qū)，這種分解會(huì)更快。因此，要了解地球歷史上發(fā)生的天文事件，科學(xué)家?guī)缀醪豢赡苷业皆茧E石來(lái)恢復(fù)足夠的證據(jù)。但幸運(yùn)的是，雖然落入到地球不同地區(qū)大塊的隕石會(huì)分解，但他們都會(huì)留下只有沙粒大小的微小天外來(lái)客-尖晶石。由于這些尖晶石可以承受地球表面最嚴(yán)酷的天氣和化學(xué)變化，因此，他們保留了其“母親”隕石的信息。而通過(guò)對(duì)尖晶石進(jìn)行化學(xué)和同位素分析，不但可以知道它來(lái)自于什么類型的隕石，還可以揭示隕石墜落時(shí)的速率和時(shí)間。

雖然科學(xué)家對(duì)尖晶石的研究已經(jīng)有幾十年的歷史，但通過(guò)尖晶石研究地球氣候變化歷史仍然是一個(gè)相當(dāng)新的概念。目前，提出這個(gè)概念的瑞典科學(xué)家施密茨正在全球范圍收集含有尖晶石的石灰?guī)r，并希望在瑞典隆德大學(xué)由他特別設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)室，通過(guò)將這些巖石用酸溶解后提取出尖晶石。我們期待著科學(xué)家們能夠盡快從尖晶石的研究中，了解和掌握地球氣候變化的歷史，為人類應(yīng)對(duì)防范氣候變化提供新的科學(xué)依據(jù)。

葉謙，博士，曾任中國(guó)氣象科學(xué)研究院兼職研究員、中國(guó)氣象局華風(fēng)影視集團(tuán)高級(jí)顧問(wèn)、世界氣象組織北京2008年奧運(yùn)會(huì)預(yù)報(bào)演示項(xiàng)目社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響評(píng)價(jià)課題首席科學(xué)家?，F(xiàn)任國(guó)際全球環(huán)境變化人文影響中國(guó)委員會(huì)（CNC-IHDP）副秘書(shū)長(zhǎng)、國(guó)際全球環(huán)境變化人文影響計(jì)劃（IHDP）主任特別顧問(wèn)，IHDP核心計(jì)劃綜合風(fēng)險(xiǎn)防范計(jì)劃執(zhí)行主任。研究領(lǐng)域包括：衛(wèi)星氣候?qū)W、氣候變化的社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響及全球變化等。