和巨大分子云遭遇引起恐龙的绝灭？

发布时间：90年02月25日

薮下信编译祝汉民

距今38亿年前，地球上产生生命的时候，仅仅是一些单细胞的微生物，然后渐渐复杂，多样化，才进化成像今天那样的多种多样的生物群。

但是，是否可以说，这种进化过程都是相同的呢？不，有时候生物种群的大多数会突然绝灭。其中最有名的就是发生在白垩期末的生物绝灭，众所周知的恐龙的绝灭。关于这个问题，从专门的古生物学家到业余爱好者，都提出过种种假说。从所谓由于火山喷发而引起气候悉化，到正在繁殖的哺乳类吃掉了恐龙的蛋；或由于当时有一种含毒素的植物大量繁殖，恐龙由于吃了这种植物引起食物中毒而大量死亡等等。

但是，自从在白垩纪末的地层中发现了大量在地球表面极为稀少的金属元素铱之后，知道了在那一时期，一定发生过一次很大的物理异常事件。发现这一地层的阿尔瓦雷茨据此提出了巨大陨石冲击学说。

本文提出了一种新的假说，即是巨大分子云进入了太阳系，使地球大气中产生很多宇宙尘土，引起气候恶化，同时氧量也减少，使恐龙陷入了一种缺氧状态，而使恐龙绝灭了。

巨大分子云的云是由大量氢分子组成的一种云，现在称呼为膨胀过程（accretion），它们和宇宙的生成现象和生物绝灭现象有关系。

地质年代大致可以分为地层中残留的生物化石极少的太古代，以及古生代，中生代，新生代。白垩期处于中生代的末期，它一结束就进入了第三纪。古生代就出现了小型爬虫类，然后逐渐大型化。爬虫类在中生代末的白垩期大量繁殖，并且大型化。

首先在陆地上，出现了体重达50吨的梁龙。这是一种体长为30米的食草性动物。在空中，则有能够飞行的翼龙，在海中则有禽龙和鱼龙。同时菊石类在海中也大量繁殖。这是一种直径为50厘米的，具有螺旋型壳的生物。

同时是现代昆虫祖先的蜻蜓和蟋蟀也非常大型化。例如已经发现的二翅膀展开后达80厘米的蜻蜓化石，也发现了翅膀达15厘米的蟋蟀化石。如果按照这么大的翅膀来推算，在2公里外的远处也能够听到它的鸣声。而另一方面，当时出现的哺乳类则是小型的，和现代巨大生物、鲸、象、长颈鹿等哺乳类这一事实相比较，倒是意味深长的。

这种巨大爬虫类，巨大昆虫，巨大贝类，在距今6500万年前左右很快消失了，这种现象正好可以称之为突变。

在对生物进行分类时，一般使用科、目、纲、门等名称。白垩期时所存在的爬虫类是由10个目组成的，可是其中5个目后来突然消失了。

但是绝灭并不是无差别的，绝灭的仅仅是一些大型生物，而像鳄鱼、蜥蜴、蛇等一类爬虫类，以及小型昆虫却生存下来了，残留下来的哺乳类，在进入新生代之后开始大量繁殖了。

关于白垩期的异变，已经提出了各种各样的假说，可是全都不能进行科学验证，而阿尔瓦雷茨的发现，却改变了这种状况。

对这一发现作出贡献的科学家有路易 · 阿尔瓦雷茨，瓦尔特 · 阿尔瓦雷茨，阿塞洛和马库尔等4人，路易是在基本粒子物理上有贡献的、曾经获得过诺贝尔奖的物理学家，他的儿子瓦尔特是位地质学家。他们对意大利中部库兹奥附近，许多露出白垩纪和第三纪边境地层采集的地层中，用中子活化分析法测定了其中所含有的铱。铱是一种属于贵金属的金属，在地表中，它的含量非常非常稀少，几乎没有。原因是早期的地球是一种处于熔融状态的岩浆，而铱比较重，慢慢地沉积于地球的内部，在地球的表面几乎没有留下，而另一方面，陨石中却含有相当量的铱。

我们也有测定的数据，1克陨石中大约含有0.1微克的铱，要比地表中的铱多出几个数量级。

阿尔瓦雷茨根据上述数据推算出，当时有一个半径大约3.3公里，比重为2.2的巨大陨石，以每秒20公里的速度和地球相冲。这样相冲时，相当释放出350百万吨的能量，冲成一个巨大的环形山，同时把大量的尘土撒向了平流层，在相冲时，大量的生物绝灭了。

大气中的尘土挡住了太阳光，结果是形成了和“核冬天”相似的效果。赛甘等为了预测核战争的效果，进行了模拟实验，这些尘土要经过1年或2年的时间才会降落到地面，以后才恢复到正常的大气状态，那时候植物枯死，食物链被切断，生物死亡。这就是阿尔瓦雨茨所描述的突变概要。

这里，我们来讨论关于巨大分子云冲入的问题，为了讨论方便，我们必须了解太阳系在银河系中是怎样运动的。

太阳是我们称为银河星系集团中的一员。银河系是一个大约有2000亿个星球所组成的大星系。它的形状像一个薄饼，这个薄饼大约以2亿年的周期自转一次，这样太阳也是2亿年自转一次，但这并不是它的唯一运动，太阳还在银河的中心面上下振动，振动周期大约是6200万年。结果太阳像一个旋转木马那样在运动。大约每隔3100万年就横切一次银河中心面，太阳现在的位置离开中心面不远，因为据认为，大约200 ~ 300万年前，太阳已经横切过中心面了。

此外，星球与星球之间并不是真空，还存在着非常稀有的气体，它的主要成分是氢，还含有一点氦，这种物体可以称为星间云，星际云还含有微量的尘土，尘土的主要成分，据认为是玻璃状的硅酸，也有一些研究者，认为是有机分子，例如像纤维素那样的东西。探测的结果也表明，像哈雷彗星中的尘埃也大量含有这样一类的有机物。

这种星际云的中心特别巨大，进入70年代之后，已经发现了巨大分子云，如果把地球和太阳之间的距离称之为1个天文单位，那么这个距离的20万倍，就称之为秒差距（Parseo），而巨大分子云往往有10个秒差距以上那样大。它的密度是1立方厘米含有1000个氢分子r而其中心部位密度是1立方厘米含有1万到10万个氢分子，这部分称为巨大分子云的芯。

这种分子云在银河系中并不是均匀分布的，主要集中分布在中心面附近。由于太阳系在银河系中心面上下运动，有时候就会进入到分子云中去了。这种分子云在银河系内大约有3000个，考虑到和太阳运动的相对关系，可以说，太阳寿命中有3%的可能性和分子云相遭遇，因此，太阳系和分子云遭遇，也许没有发生，或许一定已经发生了，或者将来是一定会发生的。

这种遭遇的结果，会产生怎么样的问题，一定必须考虑。但是请注意，和分子云相遭遇这样一种现象，并不是一种凑出来的假定_假定太阳系在横切银河系中心面的时候进入了附近的分子云，那会发生什么呢？不要很难计算就能够理解这样一种现象，这种现象称之为“附着膨胀过程”（accretion）。

可以认为，太阳是相对静止的，当从它的左边和气流相冲时，如果没有太阳的引力作用，当气体垂直通过时，直接和太阳相冲，只能被太阳所吸收。但是实际上有引力作用，所以气体分子通过的路径是弯曲的，这样使得太阳右侧面的气体密度高。同时，一部分由于有太阳的引力作用，会在太阳表面落下，这就是霍以鲁和李托罗顿所发现的“附着膨胀过程”。

太阳的右侧有被太阳所吸引的气体和远去气体的分化区，这样的区称之为停滞区。假如太阳和分子云的相对速度是每秒10公里，这样的停滞区和太阳的距离大约为9个天文单位。速度越大，停滞区和太阳距离越近。在最靠近它的地方，向太阳的气流几乎是直线方向的。结果地球在这样的气流中，成了如图所描述的轨道。分子云中的氢气，其中所含有的尘土能提供给大气。如果是这样的话，当巨大分子云冲入到太阳系时，氢气和尘土，就大量地被抛向地球的大气，这样一定会产生问题，对地球的环境产生剧烈影响。

阿尔瓦雷茨等关于铱地层的发现，毫无疑问是一项重要的发现，但是对正确判断在白垩期曾经发生过突变，似乎还有点不够。在陆地由于肯定发生过风化、侵蚀等现象，因此，突变所发生的时间到底有多长，要正确推算在全球存在多少铱量还是困难的。假如能在海底沉积物中也发现铱地层，这样就能够认为，将给予我们更可靠的线索了。

在对夏威夷岛东北部海底锰结核矿调查中，加里福尼亚大学的卡特等人测定了它核心部位所含有的铱，确切地认为6500万年前的地层中含有高浓度的铱，他们还注意到了铱层的厚度，铱浓度的峰半值幅度大约是25万年，至于它的边缘部分，则更厚。这一事实明显显示，白垩期末的异变不是像阿尔瓦雷茨父子所提出的陨石冲击学说所说的，发生在几年的时间里。根据陆地地层分析所得到的结果，也可以得到同样的结论。

如果从分子云冲入的角度来看，这些地质数据怎么样呢？如果分子云的芯部分大小是一个秒距离，相对速度以每秒10公里来计算的话，冲入的时间总共需要10万年，若以每秒5公里的速度来计算，则需要20万年。从发生突变的时间尺度来看，冲入学说比瞬间冲击学说更加合理。

下面来进一步讨论白垩期末铱堆积的百分比，一年期间1平方厘米大约有3×10^-14克，如果以分子云中的尘土重量占全部重量的2%来计算，可以推算出，这样的密度为1立方厘米，大约有2万个氢分子的分子云相应通过。这样从时间尺度和堆积的铱量两方面都没有矛盾了。

进入大气中的尘土能够遮住太阳光，据计算尘土落到地上需要3年时间，这样能够遮住2% ~ 10%的阳光。

由于尘土遮住了阳光，引起气候恶化。说到这儿，我们可以看到，除了时间尺度之外，分子云冲入学说同巨大陨石冲击学说是相同的，主要的差别在于分子云冲入学说会引起大气中氧量的重大变化。

地球一直处于向太阳落下的氢气流的包围之中、所以氢气一直在大气上落下，有一部分又会逃逸，大部分和大气中的氧化合成水。图5是用马兹克等的理论进行计算的落下来的氢气中有多少成为水，假如分子云的密度是10⁴~ 10⁵，可以看到有大部分的氢会变成水。按照密度为10⁴的话，以每秒速度为10公里通过时，失去的氧量大约占大气中氧量的5%左右。另一方面，海底的铱，假如由于分子云中的尘土，也可能失去20%，这是当尘土的量占氢量的2%的时候的结果。如果尘土为1%的话，就会失去大约40%的氧。当密度为10⁵、大小为几个秒距离的分子云芯通过时，会使相当量的氧减少。大气中的氧分压的减少，一定会对巨大生物给予很大影响。爬虫类和哺乳类相比较，肺不是十分发达，而昆虫则是通过气门列来呼吸的。它们之中，对大量氧量的减少，当然是弱的。大英博物馆的奥恩博士对我说过：“如果它们具有像现在哺乳类或爬虫类那样的肌肉，那么在现在的大气情况下，就完全不能动了。”哺乳类有比巨大爬虫类和昆虫更发达的肺，才能够在缺氧情况的大气中生存，并且还能繁殖。