【地質科學】解開三疊紀滅絕的謎團

■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」。

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本文原載於【知識通訊評論月刊一一○期】2011.12.01

責任編輯：Nita Hsu