在白垩纪的最后一天，一颗直径12千米的小行星撞击墨西哥的尤卡坦半岛，改变了地球上生命的轨迹。6600万年后，科学家们利用超级计算机空前详细地重现了那次撞击事件造成的破坏。计算机模型有助于解决一个长期存在的谜团，即究竟是什么原因导致“非鸟恐龙”的灭绝，同时这些模型还为我们了解地球生命如何应对快速的环境变化提供了新角度。
科学家们已经知道，这颗地球外小行星在地壳上炸出了一个直径近200公里的陨石坑，撞击的地点和角度恰到好处，导致大量冷却气体和煤烟进入大气层上层。巨大的海啸席卷海洋，天空一片漆黑，野火肆虐了方圆数百公里。几年后，气温骤降超过15℃，全世界进入了一个漫长的寒冷期，即“撞击冬季”。科学家们认为，撞击冬季导致地球上四分之三以上的生命死亡。
伦敦大学学院的助理研究员Alfio Alessandro Chiarenza表示，这次事件就像“地球上的但丁地狱”，其领导的一项新研究近日发表在《美国科学院院报》上。
大约在希克苏鲁伯撞击事件发生的同一时期，在如今的印度南部，一座大型火山在源源不断地喷发，释放出超过80万立方千米的熔岩，并向天空排放出大量气体，甚至足以改变气候。尽管大多数科学家都认为是小行星引发了这次大灭绝事件，但长期以来研究人员一直猜测，这些被称为德干地盾的火山是否也对地球生命的毁灭起到了推波助澜的作用。
在新研究中，Chiarenza和同事们利用计算机模型复原了地球古代的气候，调整了各种末日场景的变量。这些模拟结果显示，仅小行星撞击就导致地球不适合非鸟恐龙居住。或许，与直觉恰恰相反，实际上德干地盾火山可能使地球变得更适合居住。
“我认为，这是对德干地盾导致大灭绝假说的致命一击，”古生物学者、伦敦自然历史博物馆的研究负责人Anjali Goswami说，他没有参与这项新研究。
恐龙大灭绝
白垩纪-第三纪灭绝事件得名于事件前后的两个地质时期，其发生速度极其惊人。严寒、持续的黑暗、野火、海啸、撞击区的极端高温，以及最终的酸雨破坏了整个地球。灭绝事件造成的突然破坏为今天的科学家们提供了一个宝贵的机会，让他们得以研究生命如何应对快速变化的巨大压力。
“这让我们有机会了解生物面对非常极端的情况时会如何应对，”耶鲁大学的古生物学者、恐龙灭绝问题专家Pincelli Hull说。
然而，要想了解大规模恐龙灭绝最终是如何结束的，科学家们首先需要弄清楚其发生原因。
在过去的十年里，地质学家已经证实，德干地盾曾在70多万年间爆发过数次，这段时间正好与希克苏鲁伯撞击事件重合。由于德干地盾火山在大灭绝事件期间喷发，科学家们想知道它们是否在灭绝恐龙中起了作用。在地球上的五次大规模物种灭绝事件中，其中两次由火山喷发出的二氧化碳引起的剧烈升温造成，包括最严重的一次：2.52亿年前的二叠纪-三叠纪大灭绝由西伯利亚的火山喷发引起，当时全球96%的海洋生物和近四分之三的陆地生物悉数灭绝。
6600万年前，德干地盾可能通过两种主要方式影响了生命。从更短的时间尺度来看，火山喷发释放的二氧化硫可能使地球降温，形成酸雨，使地球的海洋以及更广泛的化学循环陷入混乱。随着时间的推移，火山喷发释放的大量二氧化碳可能会导致气候持续变暖，进而可能给全球生态系统带来压力。
去年发表的两项研究试图找出德干地盾火山最大规模喷发发生的时间，结果二者相差几千年。这一差别意味着,一种可能是最大规模喷发发生在小行星撞击之前，那么火山喷发就影响了物种大灭绝；另一种可能是发生在小行星撞击之后，那么火山喷发或许在物种灭绝中没有发挥作用。
为了验证上述假设，Chiarenza和同事、布里斯托大学的气候学者Alexander Farnsworth，建造了6600万年前地球气候的计算机模型。他们测试了14种不同的场景，其中包括小行星撞击、德干地盾，以及二者的结合。模拟计算假设二氧化碳浓度为5.6%-16.8%之间，比现在高出四倍。科学家们还调整了太阳光的亮度，将其设定为比撞击前低5%-20%。
在其中一些模拟计算中，Chiarenza和Farnsworth还通过加入比1991年皮纳图博火山喷发多100多倍的火山灰和气溶胶，模拟了希克苏鲁伯撞击产生的短期冷却效应。为了追踪小行星撞击和火山喷发对恐龙的影响，Chiarenza用另一个基于古代气候数据和恐龙化石地点的计算机模型，绘制出了恐龙最有可能的栖息地。
所有的模型都表明，德干地盾火山不可能导致恐龙灭绝。火山引发的长期变暖不会导致恐龙灭绝，实际上还扩大了恐龙的栖息地范围。新研究表明，即使是德干地盾导致的最极端场景也没有彻底摧毁恐龙。
不过，小行星撞击地球的情景的确极其恐怖。在一些地区，平均陆地温度从20℃骤降至零度以下，降水量减少了85%-95%。当希克苏鲁伯撞击事件导致阳光变暗了15%或更多时，地球上的任何地方都无法支撑非鸟类恐龙的生存。
Goswami说，从新的数据来看，“一些物种灭绝的原因变得十分合理了。事实上，令人惊讶的是，并不是所有物种都灭绝了。”
迅速恢复
研究小组的模型还揭示了一些意想不到的事情：德干地盾实际上可能促进了生命的恢复，因为火山释放的二氧化碳缓和了严重的冬季影响。
“这是一个巨大的剧情转折。我认为没有人会认为火山活动会减少小行星撞击带来的影响。这确实令人感到惊讶，” Hull说。
最近的研究表明，在数十万年的时间里，德干地盾可能一直在温和地爆发，而不是对全球生态系统造成严重的打击。去年11月，Hull领导的一个小组发现，在希克苏鲁伯撞击事件发生后的数万年里，地球海洋迅速酸化，很可能是撞击后的酸雨导致。然而，在希克苏鲁伯撞击事件发生前的近10万年里，海洋的pH值一直保持平稳，即使德干地盾喷发时也是如此。
在一项后续研究中，Hull指出，在撞击发生前的30万年里，全球气温逐渐上升和下降约4华氏度，这表明二氧化碳浓度有所上升和下降，但并没有达到威胁恐龙的极端程度。
在远离印度熔岩流的地方，还有迹象表明德干地盾在促进生命恢复方面发挥了一定作用。去年10月，丹佛自然科学博物馆的古生物学者Tyler Lyson领导的一个小组公布了落基山脉的几个地点的信息，记录了小行星撞击地球后北美地区的动植物群。Lyson的团队发现，在小行星撞击发生后的10万年里，生态系统的生命种类并不多。不过，在此之后，哺乳动物和植物的数量开始随着温和的变暖期不断增加，而此时德干地盾可能开始源源不断地释放二氧化碳。
Lyson表示，最近的研究不禁令人思考这样一个问题：“德干地盾究竟是创造者还是破坏者？”
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