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夜空中最亮的星,干涉了恐龍時代的環(huán)境

2018-11-30 03:32溯鷹
中國科技教育 2018年9期
關(guān)鍵詞:鋯石金星木星

溯鷹

這個夏天,找一個晴朗的傍晚,隨著日落西山、夜幕初降,你很容易在西方天空找到一盞高懸夜空的“明燈”。它的亮度,不輸夜幕下初上的華燈,甚至偶爾被誤認(rèn)為正在降落的飛機。在老輩的口中,它被叫作長庚星。隨著夜入深境,長庚星徐徐落下,另一盞“明燈”從東方悄然升起,而后它將橫貫全天,直至拂曉的晨光驅(qū)走黑夜。每年它都會在黃道十二宮之間徐徐巡禮,1年1個星座,用12周年的輪回,俯瞰人世的變遷。在神話里,它們分別被稱為維納斯與朱庇特。她是愛與美的女神;而他,則端坐奧林匹亞之巔。在科學(xué)上,它們被叫做金星與木星。

“她”是離我們最近的鄰居;而“他”,則是太陽系最宏偉的巨人行星。

在神話里,神總是要染指凡界的;在科學(xué)上,這2顆行星也在影響著地球。染指凡界的天神

大部分時候,金星和木星都閃耀著夜空中除月亮外最明亮的光輝,它們是“夜空中最亮的星”。最近這段時間,金星離我們大概2億千米,比我們更靠近太陽;而木星距離我們則有6.6億千米,遠(yuǎn)在火星的軌道之外。2位“天神”雖然相隔甚遠(yuǎn),卻聯(lián)起手來對地球上的環(huán)境變化橫插了一道。

天文學(xué)家告訴我們:地球的軌道是一個接近完美的圓形。但每隔40.5萬年,金星和木星的共同引力作用,會把地球軌道稍微拉長一些,使它更像一個橢圓。雖然拉長量大概只有5%,但對地表環(huán)境來說可就大不一樣了。地球上的氣候變化與太陽能的輸入量密切相關(guān)。軌道拉長拉短,離太陽是遠(yuǎn)是近,直接決定著每年到達(dá)地表的太陽能總量。地球表面的生命們,偏偏對這顆星球的晴雨冷暖非常敏感。每遭遇一次變動,它們都免不了要生死明滅地鬧騰那么幾回。甚至稍不注意,還會上演一出滅絕大戲給你看。

故事很美好,但事實果真如此么?天地之隔就是時空之隔,這上億公里之遙、40萬年之久的尺度,想靠一堆理論演算就把這件事板上釘釘,畢竟太虛了點兒。要證明推論屬實,必須得拿出證據(jù)。而咱們平時生活中的時空常識,顯然無法處理這么巨大的問題。想找證據(jù),就必須翻閱地球的歷史,用地球的尺度一窺端倪。

這份地球的編年史,叫做地層。

記錄真相的史書

一段連續(xù)的地層代表著一段時期的地球歷史,且地層本身是當(dāng)時地表環(huán)境沉積的產(chǎn)物。這兩方面告訴我們:人們可以從地層中詳細(xì)地讀出“什么時間”“發(fā)生了什么事”。

給你一套地層,首先得知道它的年齡。好在有些地層含有火山噴發(fā)的碎屑物,這些火山碎屑里往往會摻雜一些鋯石。鋯石內(nèi)部封存著一套鈾裂變系統(tǒng),和今天人類用于制造原子彈的原理一模一樣。利用盧瑟福

索迪定律對裂變方程進(jìn)行一些簡單計算,可以得出鋯石形成的時間。

但只有鋯石是不夠的,因為地層中每個單層的鋯石年齡,只代表該層的形成時間。一套沉積層序動輒由幾十乃至上百個單層組成,且不說鋯石測年的誤差本身在萬年到百萬年的量級,對整個層序形成的時間跨度無法有效約束,更棘手的是,很多地層壓根就不含能夠用于測年的鋯石。想要詳細(xì)解讀這些地層中記錄的歷史,還必須找到一把標(biāo)尺,能夠在其中標(biāo)明時間流逝的長短。這個時候,就要有請另一種測年方法出馬了,那就是古地磁測量。

我們知道地球的南北磁極會不停擺動,有時地磁南極會擺到地理北極,有時則剛好相反。在來回擺動的周期中,巖層也在潛移默化地形成,這個過程中免不了會有一些含鐵礦物(比如磁鐵礦)析出。這些天然小磁針在結(jié)晶時,會把自己的方向排列成當(dāng)時磁場的方向,就此保存在地層之中。

如果我們知道地球古代磁場方向隨時間變化的歷史,地層里記錄的地磁方向就能夠拿來與之比對,從而起到時間標(biāo)尺的作用。誰又知道地球磁場方向變化的歷史呢?大洋地殼知道。大洋地殼在洋中脊一點點增生、然后向兩側(cè)擴張漂移,它就相當(dāng)于一條“磁帶”,隨時間連續(xù)記錄了歷史上地球磁場方向的變化。

當(dāng)人們拿地層中測出的古地磁方向與大洋地殼中記錄的古地磁方向進(jìn)行對比,就可以知道一段待測地層沉積于何時、這個區(qū)間一共持續(xù)多久了。巖層里的環(huán)境變遷

2018年5月,美國羅格斯大學(xué)的丹尼斯·肯特教授及其團隊在《美國國家科學(xué)院院刊》(PNAS)上發(fā)表論文稱,他們對美國西南部一個史前大湖的沉積層進(jìn)行了一次巖漿鋯石與古地磁的聯(lián)合測量,精確地測算了這套地層的年代跨度。

這套地層的年代是三疊紀(jì),即侏羅紀(jì)之前的紀(jì)元。測出一套史前湖泊沉積物地層的精細(xì)年限有什么用呢?目的是要在一個精確的年齡記錄框架下,分析其中所記錄的環(huán)境變遷。地層由當(dāng)時的沉積物一層層堆積而成,而沉積物的成分、粒度、沉積構(gòu)造等,則精確反映了每一層沉積時的環(huán)境。把時間意義和事件意義聯(lián)合起來,就能知道“從什么時間到什么時間”“環(huán)境發(fā)生了怎樣的變化”。

通過分析每一套地層的沉積特征,肯特等人發(fā)現(xiàn),當(dāng)時的環(huán)境變遷呈現(xiàn)出非常有規(guī)律的變化行為。從濕潤到干旱,從干旱再到濕潤,呈現(xiàn)著以40.5萬年為周期的旋回性變化。40.5萬年,這個數(shù)字是不是很熟悉?沒錯,恰恰就是金星、木星的聯(lián)合引力作用對地球軌道的干擾周期。

肯特這一成果的重要意義在于,他們找到了一套更古老的地層記錄,能夠?qū)ζ溥M(jìn)行精細(xì)的年代學(xué)校正,發(fā)現(xiàn)其中記錄的環(huán)境變化旋回周期同樣是40.5萬年。這就說明,木星和金星的聯(lián)合引力作用,并非最近才開始眷顧地球。早在2.1億年前的三疊紀(jì),它們就對地球環(huán)境施加著同樣的影響。

三疊紀(jì)是什么概念?是恐龍剛開始繁盛的時期。此時的生物圈剛剛經(jīng)歷過二疊紀(jì)末慘烈的物種大滅絕,進(jìn)入了一個欣欣向榮的時代。今天閃耀在夜空中的金星與木星,也同樣映照在當(dāng)時恐龍的雙眼里。但這些史前巨獸的大腦中大概沒有維納斯,也沒有朱庇特;沒有濃云層,也沒有大紅斑。對它們來說,夜空中最亮的星只不過是構(gòu)不成任何威脅的2團小光斑而已。光斑是什么?它們能吃么?

“天神”用自己的方式影響著“凡界”,只不過爬在地上的恐龍們不可能知道這一點。恐龍們更不知道的是,在億萬年后,當(dāng)一顆隕星毀滅了中生代的生態(tài),從它們手中接過地球統(tǒng)治接力棒的哺乳動物,最終把探測器發(fā)射到夜空中這些“不能吃”的小光斑上。是因為后來的小生靈比恐龍多了一雙翅膀嗎?不,長出雙翼的反而是恐龍的后代鳥類。小生靈們只是比它們多了一個不會體現(xiàn)在外表上的物質(zhì)——智慧。正是因為有了智慧,人類可以知道是什么導(dǎo)致了恐龍的滅絕,可以派遣使者拜訪維納斯與朱庇特,也可以知道這2顆行星在上億千米之外如何影響著地球上的環(huán)境變遷。

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