追寻 “恐龙劫难日” 的人,他是谁?

“KT界线层”的谜题

6600万年前的某一天,一颗直径约10千米的小行星向地球撞来。这颗小行星的速度达到了每秒20千米,在地球的大气层里,它变成了一个高温火球,制造出超音速的冲击波。在如今的墨西哥南部的尤卡坦半岛,小行星着陆了。在两分钟内,小行星砸出一个深约3万米的陨石坑,向空中溅射出数十万亿吨的高温物质,释放了相当于10亿颗广岛原子弹的能量。

对地球生物来说,这是一次毁灭性的灾难。小行星撞击产生的尘埃使太阳光一连几个月无法照射到地球。大部分植物因为无法进行光合作用而死亡,大气中的氧气急剧减少,地球陷入了一个寒冷,甚至可能深度冰冻的时期。在海洋和陆地,地球上大约75%的物种灭绝,死亡的生物个体超过了99%。从这时起,白垩纪结束,古近纪开始了。

经过漫长的地质年代,如今,小行星撞击后留下的碎片、尘埃和灰烬都保存在地球的沉积层里,形成了厚度接近一本笔记本的条纹层。这个地层就是“KT界线层”,它标志着白垩纪和古近纪的分界线。在白垩纪晚期,大范围的火山活动向大气中喷出大量的气体和尘埃,空气中二氧化碳的含量远远高于我们现在呼吸的空气,那时的动植物一定非常特别,但考古学家对这些动植物知之甚少,比如末世的恐龙。

所以,自从“KT界线层”被发现以来,考古学家一直在寻找尽可能靠近“KT界线层”的化石沉积物,以解开恐龙灭绝之谜。然而,经过了150多年的不懈搜寻,考古学家从来没有在“KT界线层”以下3米深的范围内找到过恐龙化石,在地质学上,这个厚度至少对应了几千年的时间。这个所谓的“3米问题”让考古学界非常困惑,难道说,在小行星撞击地球之前的几千年,由于火山爆发和气候的变化,恐龙就早已灭绝了?还是说,“恐龙劫难日”就是小行星撞击地球之日,恐龙化石尚未出现只是因为它们很难找?

痴迷化石的“疯子”

2019年,长期困扰古生物学界的“3米问题”终于被解决,解决这个问题的主角却是一位年轻的古生物学家罗伯特·德帕尔马。

在美国古生物学界,罗伯特·德帕尔马只能算是默默无闻,他生于佛罗里达州,目前是堪萨斯大学的博士生、棕榈滩自然历史博物馆的馆长。虽然德帕尔马是个“无名小卒”,但他对化石以及考古挖掘的痴迷程度远远超过了其他学者。

从小时候起,德帕尔马就迷上了恐龙骨头,他9岁就在科罗拉多州发现了自己的第一块恐龙骨骼化石。读高中时,德帕尔马利用业余时间为博物馆收集化石、制作恐龙模型并安装骨架。他把童年时期收集的化石借给博物馆展出。但不久,博物馆破产,许多化石被送往一所社区大学,德帕尔马没有文件证明他的所有权,而法院拒绝归还他的化石,这些化石有数百个,大多被锁在仓库里,无法公开展示。由于自己的化石被浪费,德帕尔马对于化石收藏和考古挖掘更加狂热。

通常情况下,古生物学家会将化石的管理和照料工作交给大学或研究所等学术机构,由于此前的遭遇,德帕尔马坚持让自己来监管化石,他建立了个人私有的棕榈滩自然历史博物馆。为了得到更多的化石,德帕尔马很少在公共考古区挖掘,因为他认为政府的繁文缛节过多。但是,没有政府的支持,德帕尔马必须自己承担所有的费用,他通过为博物馆、私人收藏家和其他客户安装化石、重建场景、铸造和销售复制品来筹钱。在朋友们看来,德帕尔马眼里只有化石,他是一个痴迷化石的“疯子”。进入大学后,德帕尔马学习了“地狱溪地质”的知识,他的挖掘工作更有针对性。“地狱溪地质”是美国中西部一种特殊的地层,这种地层靠近地表,富含恐龙化石。在小行星撞击地球的时候,地狱溪主要是潮湿的亚热带低地和近邻海岸的内陆平原,这里充满生命,而季节性的洪水和蜿蜒的河流可以迅速掩埋死去的动植物,所以非常适合形成化石。从2004年开始,德帕尔马在美国各处的“地狱溪地质”不停地挖掘,发现了大量化石,收获颇丰。

私人牧场的“宝藏”

2012年,德帕尔马又在寻找新的“挖掘对象”,他听说北达科他州的一处牧场上有一片很有挖掘价值的土地。在美国,“地狱溪地质”的大部分位于私人土地上,但只要提供可观的报酬,土地的主人会把“挖掘权”卖给古生物学家或化石收藏者。所以,德帕尔马带上工具和金钱开工了。

经过初步的勘察,德帕尔马发现,这片牧场是一个远古池塘的遗址,它经历了一次猛烈的洪水,然后所有物质都被淹没并沉积下来。德帕尔马感到非常兴奋,因为那次洪水来得非常迅速,化石标本保存得很好,他发现了许多完整的鱼类化石。这在地狱溪的地层中十分罕见,如果小心处理的话,就能把这些鱼完整地“捞”出来。

经过一年的时间,德帕尔马对遗址进行了初步挖掘。他铲去了覆盖在鱼化石上方的土层。这种“覆盖层”通常是在鱼被埋葬之后很久才沉积下来的物质,不会引起古生物学家的兴趣。但是,德帕尔马注意到,这些土层中有灰白色的斑点,看起来像沙粒,但在放大镜下,这些斑点呈微小的球状和细长的水滴状。德帕尔马心想,这会不会是“微玻陨石”?微玻陨石是一种玻璃质的微粒,它是小行星撞击地球时,熔融的岩石被溅入大气层,然后凝固,落回地球时形成的。

德帕尔马继续小心翼翼地挖掘,他开始发现一系列不同寻常的化石。这些化石都非常精致,保存得非常好,里面有交错纠缠的植物,有成片的原木,鱼被困在树的树根之间,树干上挂满了琥珀。一般而言,大多数化石最终都会被上面的“覆盖层”的压力压扁,但这里的化石都是三维的,包括鱼类在内,它们在同一时刻被包裹在沉积物中,而沉积物刚好起到了支撑作用。德帕尔马可以看到鱼的皮肤,看到鱼鳍笔直地伸到沉积物中。这时候,德帕尔马隐约感觉到,他挖到“宝藏”了。

“塔尼斯”的新发现

2013年,德帕尔马在这片遗址获得越来越多的发现,他将遗址命名为“塔尼斯”。在鱼化石层里,德帕尔马看到了一条1.5米长的淡水匙吻鲟——一种至今生活在美国密西西比河的鱼类。当德帕尔马取出这条鱼时,他在化石下面发现了一颗沧龙的牙齿。沧龙是来自远古海洋的巨型食肉爬行动物,它居然会和淡水鱼在同一个地方出现,而且“塔尼斯”距离最近的海洋至少有几千米远。

发现沧龙牙齿的第二天,德帕尔马又看到了一条宽60厘米的海鱼的尾巴,看上去像是从鱼身上猛地扯下来一样,通常来说,如果这条鱼死了一段时间,它的尾巴就会腐烂、断裂,但这块鱼尾化石几乎完好无损。于是,德帕尔马认为,它是在海鱼死亡时或死后不久从其他地方被运送过来的。就像沧龙的牙齿一样,不知怎的,它离开了大海,来到了数千米之外的内陆。接下来第三天,德帕尔马注意到沉积物中保存着许多小陨石坑,它们的直径数厘米上下,看起来像是物体从天上掉进泥里形成的。当德帕尔马刨开浅坑的横截面时,他在底部发现了球状的微玻陨石。继续挖掘,微玻陨石越来越多——该遗址似乎含有数以百万计的微玻陨石……

种种发现表明,整个“塔尼斯”对应的时间就是小行星撞击地球的时间,整个“塔尼斯”都是“KT界线层”。德帕尔马推测,当时小行星撞击地球引发了海啸、冲击波以及微玻陨石雨,巨型海啸冲上内陆,而内陆的湖泊自己也在剧烈震荡,激起足以横扫一切的洪水,水流最后在低洼处停了下来。当水流变慢时,它在途中所捕获的一切都堆在水中,然后很快被埋进淤泥中并保存下来:包括各种死去的和正在死去的生物,以及从天而降的微玻陨石。

再向下挖掘,德帕尔马发现了更重要的化石。起初是一块远古哺乳动物的下颚,一根兽脚亚目恐龙或迅猛龙的羽毛;然后是大量的羽毛、树叶、种子、木炭和琥珀;最后,在“塔尼斯”的底层,德帕尔马发现了已知“地狱溪地质”中几乎所有恐龙类群的破碎牙齿和骨骼,包括孵化遗迹,比如此前被认为只有在远低于“KT界线层”之下才能发现的翼龙。他还发现了一个完整的,未孵化的含胚胎恐龙蛋,这是具有巨大研究价值的化石。这枚恐龙蛋和其他遗骸表明,在小行星撞击地球时,恐龙和其他主要爬行动物可能并没有濒临灭绝。德帕尔马一举解决了“3米问题”,填补了恐龙化石记录的空白。

“恐龙劫难日”

2019年,德帕尔马将自己的工作发表出来,并在此基础上描绘了“恐龙劫难日”的可能图景。

小行星从天而降,撞击到了墨西哥海岸,向大气中喷涌了大量气体和熔融物质,然后引起了一场足以吞噬地球大部分地区的大火,森林烧成了木炭,天空落下陨石雨。毋庸置疑,行星撞击会引起巨大的海啸,行星撞击地球的力量如此之大,以至于海啸可以抵达内陆的“塔尼斯”。除了海啸,小行星撞击产生的冲击波也会使内陆的湖泊产生“湖震”,激起高达100米的水潮,将淡水鱼、陆地动物、树枝、木炭和其它随海啸而来的海洋生物全部缠绕在一起,这些物质后来沉积下来,形成了“KT界线层”。

面对如此的劫难,地球上的几乎所有生命都走到了尽头,恐龙自然也甘拜下风,走下历史舞台。撞击之后的数年里,陆地上除了蕨类之外几乎没有其他植物覆盖。鬼鬼祟祟、像老鼠一样的哺乳动物生活在阴暗的下层植被中。但最艰苦的日子渐渐过去,地球环境好转,恐龙也灭绝了。哺乳动物熬了过来,开始成长为地球的主人,演化出各种各样令人眼花缭乱的生命形式。小行星撞击地球这一偶然事件,促使地球送走了恐龙的时代,迎来了哺乳动物的时代。