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彗星碰撞与地质年代
尤里
编者按
在过去的地质时期中，由于彗星撞击地球导致了大规模的物种灭绝，这一观点主要是来自于地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯及其父亲路易斯·阿尔瓦雷斯。他们于1980年提出，6500万年前白垩纪末的一次彗星撞击最终导致恐龙灭绝。但是，哈罗德·尤里（一位与路易斯·阿尔瓦雷斯一样得过诺贝尔奖的核物理学家）在本文中率先提出了下述假说，即彗星撞击地球使全球气候变化从而终结了一个个地质年代，其中就包括了白垩纪。尤里认为，碰撞所导致的高温“对于动植物来说应该最具毁灭性”。现在人们已普遍认为，白垩纪终结于一次剧烈的彗星撞击，撞击点可能就位于墨西哥。 英文
大约在15年前，我曾提出，玻陨石由彗星与地球碰撞形成 [1-3] 。许多对这些物质的详细研究已经大大加深了我们的认识，而这些研究结合对月球的调查，已经证明该假说很可能成立。我还曾提出，正是这类碰撞导致了一个个地质时期的终结。然而，这一观点发表在了《星期六文学评论》上，而且据我所知，我可能是迄今为止唯一阅读过这本杂志的科学家。我当时已经对此类碰撞所产生的能量和它们发生的频率作过粗略的估计，并且杜拉尼 [4] 也曾对碰撞次数进行了回顾。 英文
多位研究人员已经探讨过彗星碰撞所产生的能量（见参考文献5），不过为了更精确地定量估计该能量，我研究了哈雷彗星型碰撞所产生的能量。彗星轨道的延伸距离非常远，当其与太阳的距离接近于地球到太阳的距离时，速度为42.1 km·s –1 ，而地球的速度为29.8 km·s –1 。如果彗星从地球的后面与地球相撞，其相对速度为12.3 km·s –1 ；如果与地球迎面相撞，那么其相对速度将为71.9 km·s –1 ；如果相撞的位置和方向处于上述两种情况之间，那么其相对速度也在上述两个速度的区间内。当然，必须考虑上地球的逃逸速度，即11.2 km·s –1 ，对于从后面碰撞的情况来说，这个值是相当大的。经过校正后的两个速度分别为16.6 km·s –1 和72.8 km·s –1 。高速碰撞产生的能量相当于最低能量的19倍。由于彗星轨道大多与地球轨道相交，所以发生高能碰撞的可能性更大。至少轨道较大的那些彗星，面向太阳或背离太阳的运动都非常明显，因此，地球会穿越其轨道。在本计算中，我采用的与地球碰撞的有效速度为45 km·s –1 ，不过，较大或较小速度的碰撞也都有可能发生。 英文
大部分彗星的质量尚不清楚。不过，罗素等人 [5] 以及惠普尔 [6] 曾做了一些合理的推断，认为哈雷彗星的质量约为2×10 –9 M ⊕ （编者注：M ⊕ 代表地球质量）约10 1 8 g。罗素等人还推断彗星1729的质量约为6×10 2 1 g。在本次计算过程中，我将采用10 1 8 g。 英文
根据上述假定，表1给出了彗星与地球相撞产生的一些能量效应的估算值。根据林绍基 [7] 的推算，10 31 erg的能量是能够推移大气并使玻陨石长距离搬运所需最低能量的两倍。当然，这些能量不仅仅消耗在蒸发水、加热大气或海洋等方面。相关数据还表明，包围整个地球的气候条件可能会有很大变化，并且会在地球表面相当多的地区产生剧烈的物理效应。例如：大的地震活动可能会引起广泛的熔岩流。四处飞溅的高硅质岩石的小熔融体在这些物理效应中应该仅占很小一部分，微不足道。我认为这将导致一个地质时期的结束和一个新时期的开始。 英文
表1. 彗星与地球相撞可能产生的能量效应
海水向陆地泛滥会摧毁陆地动植物，然而，由于海水泛滥并不均匀，有些生物可能不会因此而灭绝。碰撞点附近的地震效应该会非常剧烈，全球都会有震感。由彗星上的氨和其他化合物引起的雾效应可能会比较小。由于碰撞的总能量相当于一年中地球得到的来自太阳能量的0.29倍，所以如果所有的热量都被大气吸收，大气温度可升高到190℃，因此温度看起来将会出现明显的上升。短期高温对于动植物来说是极具灾难性的，并且在高湿度条件下，适当的温度上升就会导致大量生物死亡。对于海洋动植物来说，倘若处于离碰撞点较远、震动不强烈的地方，它们似乎就不会受到很大影响。但是对于呼吸空气的海洋恐龙来说，情况会是这样吗？由于体内温度较低，吸入的高湿度空气会在它们体内冷凝产生大量的水。当然，其他一些陆栖爬行动物，例如短吻鳄以及一些原始的哺乳动物和鸟类则从白垩纪幸存下来，并一直延续到古新世。它们的幸存可能由于“好运”，因为并不是所有地区都受到同样的影响，而且一些动植物比其他动植物更能适应不利的条件。彗星与地球的碰撞造成了恐龙的灭绝，并且使地质时期进入到第三纪，这一看法似乎不仅合理，而且具有很大的可能性成立。 英文
第三纪各个地质时期年龄是否也取决于形成玻陨石的彗星陨落呢？表2列出了这几个近期地质时期的年龄以及玻陨石的年龄，两者基本一致。地质时期的估算和玻陨石年龄的物理测定可能都存在误差，我使用了最近测定结果的平均值。莫尔道玻陨石（绿玻陨石）、利比亚沙漠玻璃和贝迪阿玻陨石年龄的概率误差约为200万年。这种一致性还是令人满意的。我在想，在始新世、古新世和白垩纪的分界处是否有可能不会发现玻陨石？为了解释印度支那以及澳大利亚玻陨石的形成，林绍基 [7] 得出的能量几乎与本文计算的值相当，这仅造成了地层中一个较小的不整合面。由此可以看出，终结白垩纪所需要的能量很可能比本文中的估算值要大得多。 英文
表2. 地质时期的年龄以及玻陨石的年龄
生物学家和古生物学家似乎可以做许多有趣的工作来研究何种生物可以从这类灾难中幸存下来。虽然离下一次碰撞的发生可能还有数百万年，但是经历过这些大灾难的幸存者如今却需要克服来自将要遍及全球的核电站的强辐射威胁。如我之前所说，对于玻陨石以及地质记录的间断，“倘若本文给出了它们的真正成因”，那么“所有人都会同意，我们目前所掌握的科学知识还远不足以证明对这一过程的论证。” 英文
在此，特别感谢林绍基教授对本文提出的建议。 英文
（齐红艳 翻译；孟庆任 审稿）