解開三疊紀滅絕的謎團

專題報導 12/01/2011


兩億多年前三疊紀末期大量物種滅絕,造成恐龍主宰地球的時代。那個大滅絕巨變的肇因,依然未明,研究者努力在拼湊出歷史的全貌。

歐爾森(Paul Olsen)與肯特(Dennis Kent)不斷在迷宮般的小徑裡找路,反覆對照那天早上購買的軍用測量地圖,才終於找到地圖未標示的小道,帶領他們穿越森林,抵達英國威爾斯南部一處荒蕪的海岸。

兩人在一旁的泥地停車,雨滴開始落下,遠處有雷聲低鳴,兩位地球科學家一面嘀咕抱怨著英國的天氣,一面扛起帆布背包,走下濕滑的小路,準備迎接另一個濕冷的午後,繼續尋找關於兩億年前的蛛絲馬跡,探究為何多數地球生物滅絕,讓恐龍接管世界。

人類已清楚知道恐龍當初如何滅絕,墨西哥猶加敦半島奇克蘇陸埔附近一處行星撞擊遺跡裡,便記錄六千五百年前的巨大事件,那導致恐龍時代落幕,哺乳類時代崛起。

歐爾森與肯特均任職於美國哥倫比亞大學的拉蒙-朵荷第地球實驗室,長期推測奇克蘇陸埔的地球歷史可能一再重演,假設在一億三千五百萬年前,可能有另一顆小行星撞擊地球,導致三疊紀後期多數動植物死亡,才讓恐龍在之後的侏儸紀時期(距今兩億年前至一億四千五百萬年前)內,不斷蔓延全球,發展出巨大的身軀,主宰整個地球,直至下一次巨大撞擊災害發生。

三疊紀末期必然曾有大事發生,因為在短短幾千年的時間,半數已知的生物都在化石記錄中消失,兩成的海中生物突然不見蹤影,包括所有形貌如鰻的錐齒類動物。陸棲生物絕跡情況更嚴重,那不僅是地球史上少見的大規模的滅絕事件,由於時代久遠,人類所知也最為有限。歐爾森指出,「人類只知道在三疊紀與侏儸紀之間,確曾發生大規模滅絕事件,無論起因為何,速度必然很快,造成大多數生物來不及適應與演化來回應變化」。

今日多數科學家主張,滅絕事件肇因於盤古大陸開始裂解,引發大量火山活動,連續爆發創造出巨大的「中大西洋岩漿省」,加拿大獨立地質學家麥洪(Gregory McHone)長期研究此事,企圖建立具有公信力的模型,說明火山噴發確實導致三疊紀末期的物種滅絕事件,他表示,「當時火山活動規模是人類歷史記錄的數千倍」。

冰島拉奇火山於一七八三年爆發,形成洪流玄武岩,讓科學家有機會試想三疊紀末期情況多麼惡劣,火山噴出大量硫磺霾霧,讓地球溫度下降,大片穀物死亡,人類飢荒嚴重,麥洪估計造成六百萬人喪生。拉奇火山當年僅噴發出十五立方公里的玄武岩,而中大西洋岩漿省的噴發量高達二百萬立方公里以上,且期間數次停歇,大量硫磺霾霧、二氧化碳及甲烷令氣溫劇烈起伏,海水酸度因而提高,甚至缺氧;閃電大作引燃龐大火勢,許多生物無法承受連接而來的變化。

歐爾森與肯特亦認同這項理論的可能性很高,不過這些理論仍未能回答諸多問題,包括為何滅絕現象如此突然,三疊紀末期火山爆發長達數十萬年,但依據化石記錄,諸多生物似乎是忽然滅絕;蕨類增生又該做何解釋?美國東岸三疊紀後期沉積物內,留有大批蕨類孢子化石。

肯特表示,在天災之後,蕨類通常最先出現,「至少在美國境內,若分析化石記錄,約莫在物種大量滅絕之時、洪流玄武岩噴發之前,蕨類數量就突然大增」,至於在世界其他地區的資料中,滅絕現象與最早期玄武岩層重合,年代相隔僅在誤差範圍內。

肯特指出,「若要解開這個謎團,唯一方式只有盡可能製作精細時間表,收羅全球各地事件的順序」,歐爾森與肯特為此踏遍全球,包括美國、加拿大、中國、德國、義大利、奧地利、摩洛哥,接著抵達英國威爾斯。

二十多年來,歐爾森都在思索三疊紀末期生物滅絕的原因,但小行星撞擊理論的一大缺點在於,直到近期為止,從沒有人發現在大絕滅那段時間有災難撞擊的證據。去年法國與德國合組的研究團隊,前往法國西部羅舍舒亞地區,重新判定當地行星撞擊遺址的年份,過去估計應發生在距今二億一千四百萬年前,但修正後為一億九千九百年前年至二億三百萬年前,與估計二億一百四十萬年前的三疊紀物種滅絕時期有重合。

論文作者亦指出,寬達二公里的小行星撞擊地球,秒速超過二十五公里,造成巨大震波,或許能解釋英國西部的三疊紀末期石灰岩及頁岩上,為何出現不明波紋,這些沉積物年份亦與物種大規模滅絕時間相仿,歐爾森表示,「耳聞此事後,我就認為該到現場仔細觀察」。

歐爾森也在威爾斯一步步重建三疊紀世界的樣貌,例如猴尾蜥頭部像鳥、手臂很長、尾巴有握力,或是貌似鱷魚的生物爬行時如狗,又或是熱帶淺海裡滿是鯊魚,後來全都突然消失。

歐爾森對這段歷史的興趣源於一九六八年,當時他年僅十四歲,居住於美國紐澤西州,聽說附近採石場發現恐龍足跡,便和同學騎著單車前往,發現四處散落著化石。

進入中學二年級,他們已收集到數千件爬蟲類化石與足跡,橫跨三疊紀晚期至侏儸紀早期,因為熱愛研究化石,當得知採石場即將出售,改建為住宅區,這兩名青少年還發起社會運動反對。

兩人不久後接到《生活》雜誌電話採訪,亦吸引全國目光,歐爾森甚至將令人生畏的三趾恐龍足跡製成模型,寄給時任美國總統的尼克森(Richard Nixon)。

這些大膽行徑使他名聲大噪,最後保住了砂石場,足跡模型至今也留存在尼克森總統圖書館中。

歐爾森與肯特如今前往英國威爾斯,也同樣不脫當年的學生氣息,兩人會在十字路口爭論方向,到超市買塑膠袋裝石塊樣本,使用自行改造、裝電池的鑽頭採取重要地層樣本,甚至因為回到民宿時滿腳泥濘,遭到女主人怒斥。

兩位科學家在威爾斯不畏雷雨,直接著手工作,歐爾森走到懸崖底部,指著及腰的石灰岩層表示,「這裡就是生物滅絕的界線」,尋常民眾根本看不出端倪,只不過是另一條石灰岩層,不時有紫色小花點綴,但若仔細檢視,就會看到填滿砂子的裂痕,以及各種形狀不規則的沉澱物,可能是海嘯或大地震所致。

歐爾森指出,英國各地三疊紀晚期地層都有個共通的傾斜角度,彷彿源頭是來自法國羅舍舒亞。

羅舍舒亞隕石坑形成那天,附近區域必然深受震撼,研究人員估計,當時地震規模最高達十一點五,是人類歷史最大地震的百倍。

倫敦帝國學院地球科學家科林斯(Gareth Collins)估計,當時地震是很劇烈,但規模可能沒那麼大,他和美國普渡大學研究人員研發一套網路計算程式,模擬行星撞擊的效應,估算出相當於一兆噸黃色炸藥的撞擊力道後,威爾斯地區會發生什麼情況,縱然羅舍舒亞與威爾斯相距六百公里以上,當地也會遭遇如颶風等級的強風及大量落石。

那些落石或許帶有當時的化學特徵,並且留存在沉積層內,英國牛津大學的赫塞波(Stratigrapher Stephen Hesselbo)與阿默爾(Ken Amor)此次也前往威爾斯,與歐爾森及肯特一同採集樣本,以大型光譜儀進行分析,會測量鉻同位素,並尋找隕石特有的化學元素。歐爾森會把樣本送至另一座實驗室,搜尋其他能證明隕石撞擊的跡證。

若能在威爾斯及其他地區的三疊紀末期岩層內,偵測到來自外太空的化學元素,將是首次確切證明了隕石撞擊與物種滅絕的關聯。但兩者時間縱然有巧合,也無法證明隕石撞擊即為物種滅絕起因,歐爾森表示,「也許兩件事同時出現,彼此卻沒有因果關係」。

況且單憑羅舍舒亞隕石坑當初的撞擊力道,恐怕也不足以造成全球生物大量滅絕,這個寬度二十五公里的隕石坑,原本也許有四十至五十公里,但相較於墨西哥奇克蘇陸埔一處寬一百八十公里的隕石坑,只是小巫見大巫,科林斯指出,「據我們估計,羅舍舒亞對全球環境影響程度其實很小」。

歐爾森表示,目前要確切判斷羅舍舒亞隕石撞擊事件對地球的影響層面,尚且言之過早,還需要自世界各地收集更多三疊紀末期遺址的資料。光是今年,他已跨海三次,前往英國及摩洛哥收集樣本,不只尋找沉積層裡的星際撞擊跡證,還要搜尋其他跡象,例如其他化學元素,能夠串連物種滅絕與中大西洋岩漿省之間的關係。歐爾森指出,這些資料都將幫助研究團隊,辨別世界各地事件的相對時序,重建歷史經過與生物反應的全貌。

他認為在歷史洪流之中,羅舍舒亞或許只是「其中一個碎片」,或許當時前後另有多顆隕石撞擊,但羅舍舒亞是連續火山爆發後,壓垮生物圈最後一根稻草;但也可能先發生隕石撞擊事件,重挫生態系統後,繼而發生火山爆發,生物銳減。

在威爾斯濕冷天氣完成一天工作後,歐爾森表示,要找到解答仍需時間,「一切沒有捷徑,但我相信人類終能拼湊出圖像,瞭解遠古時間發生的事件與原因」。
【知識通訊評論月刊一一○期】2011.12.01

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