小行星碰撞永远改变了地球上的生命——但没有毁灭恐龙

大约五亿年前发生了一件神秘的事情，引发了地球生命史上最重要的变化之一。突然间，物种数量激增，无脊椎动物的生物多样性从非常低的水平上升到与我们今天看到的类似的水平。对这一“奥陶纪生物多样性大事件”最流行的解释是，这是地球炎热难耐的冷却并最终进入冰河时代的结果。

但究竟是什么引发了温度的变化？我们在《科学进展》杂志上发表的新论文表明，它的开始恰好与过去 20 亿年中小行星带中记录的最大一次小行星分裂相吻合，这次分裂是由另一颗小行星或彗星碰撞引起的。即使在今天，坠落到地球上的所有陨石中几乎有三分之一都源自木星和火星之间这颗 150 公里宽的小行星的分裂。

我们的证据来自对瑞典南部金内库勒和俄罗斯圣彼得堡附近林纳河的奥陶纪（4.85 亿至 4.43 亿年前）海底沉积物的详细研究。在金内库勒的一个采石场，我们发现了 130 多块“化石陨石”，这些陨石是远古时期坠落到地球上的岩石，嵌入海底沉积物中，像动物化石一样保存完好。

这些陨石化石的直径最大可达 20 厘米，除了其中一颗以外，其余的陨石都具有相同的成分，因此它们都是同一次碰撞产生的碎屑。事实上，它们是由与当时在小行星带中解体的大型小行星相同类型的物质构成的。另一颗陨石可能来自撞击大型小行星的较小天体。

我们知道小行星碰撞发生在 4.66 亿年前。这可以通过观察奥陶纪小行星分裂后最近坠落的陨石中的同位素（原子核中中子数不同的化学元素变体）来确定。因此，采石场中的化石陨石必须代表分裂后立即运送到地球的物质。考虑到我们在海底发现的大量陨石，我们可以估计，当时流向地球的陨石数量一定比现在高出几个数量级。

但是，我们怎么知道这次轰击产生了大量降低温度的尘埃呢？我们还研究了沉积地层中非常细小的微米级尘埃的分布情况。我们可以通过检测沉积物中含有的氦和其他物质来确定它来自外星，这只能用太阳风轰击尘埃，在到达地球的途中使其富含这些元素来解释。

我们的研究结果清楚地表明，大量细小的尘埃在分裂后不久到达地球。地质记录表明，尘埃到达后不久，全球海平面急剧下降——冰河时代的开始。这是因为海水被转移到高纬度地区，在那里形成了大片冰盖。

结果完全出乎意料：在过去的 25 年里，我们在理解这一时期发生的事情时，一直依赖着截然不同的假设。例如，虽然我们怀疑多样化事件与小行星分裂有某种联系，但我们认为，从分裂中到达地球的许多小行星，而不是尘埃，与这些变化有关。直到我们得到最后的氦测量结果，一切才变得清晰起来。

气候研究的经验教训

由于二氧化碳排放，全球变暖仍在继续，高纬度地区的温度上升最为显著。据政府间气候变化专门委员会称，我们正面临一种与 4.66 亿年前小行星碰撞前的情况相似的局面。显然，继续沿着这条路走下去对生物多样性不利。

在过去的十年左右，研究人员讨论了在发生重大气候灾难时为地球降温的各种人工方法。其中一种解决方案是将小行星（就像卫星一样）放置在绕地球运行的轨道上，这样它们就会不断释放细小的尘埃，从而部分阻挡变暖的阳光。

我们的研究结果首次表明，这种尘埃有时会显著降低地球温度，这让人们希望这是一种可行的人工解决方案。我们的研究可以更详细、更实证地了解这种现象的工作原理，并可用于创建和评估此类事件的计算机模型。

但在可预见的未来，应对气候变化的唯一办法就是减少碳排放。归根结底，这是保护数百万年前生物多样性显著增长的唯一方法。

Birger Schmitz 是隆德大学核物理学教授。

本文最初发表于《对话》（The Conversation）。