在地球的漫長曆史中，曾發生過多次類似地獄般的插曲，甚至好萊塢最誇張的災難片與之相比都像在"陽光明媚的午後進行野餐"。其中，白堊紀末期的物種滅絕是最著名的，因為它導致恐龍滅絕，並為哺乳動物的崛起打開了大門，雖然大多數人類都認為這是好事。
雖然這個故事是人們耳熟能詳的，但在那次災難中究竟發生了什麼仍然需要我們搞明白。在巨大的小行星墜入尤卡坦半島之前，許多物種似乎都陷入了麻煩，也許部分原因是由於長期以來印度發生的大規模火山爆發。這導致有些人質疑，小行星撞擊的影響是否像科學家們所描述的那樣致命。但我們也在細節上填補小行星撞擊對地球造成的影響，其中包括令人震驚的海嘯、肆虐的野火以及令人震驚的氣候效應。那麼這種影響有多致命呢?
不久前的日全食曾導致美國許多地區陷入長達2分鍾的黑暗之中，由此引發許多怪誕的推測。但最近有研究顯示，與大約6550萬年前導致恐龍滅絕的小行星撞地球形成的漫長黑暗時代相比，這無異於"小巫見大巫"。研究人員說，當這顆10公裏寬的小行星撞擊地球時，地球陷入了持續了近兩年"暗無天日"的狀態。
在某種程度上，這種黑暗是由全球野火產生的大量煙灰遮住陽光導致的。沒有陽光照射，地球上的植物就無法進行光合作用，地球也會急劇降溫。根據這項研究，這兩個關鍵因素可能會顛覆全球食物鏈，並導致恐龍時代末期的大規模滅絕事件。研究人員表示，這項發現可能有助於科學家理解：為什麼在小行星撞到現在的墨西哥尤卡坦半島後，超過75%的物種滅絕了，包括非鳥類恐龍（比如霸王龍）以及大型海洋爬行動物（如蛇頸龍）。
殺手小行星
研究人員稱，當太空岩石撞擊地球時，可能會引發地震、海嘯甚至火山爆發。這顆小行星以如此大的力量撞上地球，促使其岩石在大氣層中汽化。在那裏，蒸發的岩石會凝結成小顆粒，它們被稱為球粒。當球粒重回到地球上時，它們與空氣分子相撞，摩擦和加熱促使其足以達到在世界各地點燃火焰的溫度。研究人員說，事實上，在地質記錄中仍然可以發現一層薄薄的球粒。
這項研究的首席研究員、美國國家大氣研究中心(NCAR)項目科學家查爾斯·巴丁（Charles Bardeen）表示，大多數大型中生代陸地動物都死於小行星直接撞擊導致的後果，但生活在海洋或地下洞穴或水下的動物暫時可能幸存了下來。他說："我們的研究主要針對小行星撞擊地球引發的初步影響之後，即地震、海嘯以及火山噴發之後。我們想看看大量煙灰產生的長期後果，以及這些後果對那些幸存動物的影響。"
地球沒有光合作用
巴丁表示，盡管研究人員在20世紀70年代末發現了這顆小行星的證據，但在太空岩石撞擊地球後，地球在黑暗中被籠罩了多長時間仍然沒有達成"普遍共識"。巴丁和同事們使用了最新地質記錄中精細煙灰的估計值——即7500億公斤到35萬億公斤之間。然後，研究人員根據這些數據進行了幾次不同的模擬。他們將數字插入到基於NCAR的社區地球係統模型(CESM)中，這是一種現代化學-氣候模型，涵蓋與大氣、陸地、海洋和海冰相關的各種因素。這個模型使科學家能夠模擬小行星撞擊後數年煙灰產生的影響。
巴丁在電子郵件中稱："不同的研究已經假定了各種類型的粒子，包括灰塵、硫酸鹽和煙灰。所有這些粒子都能阻擋足夠的陽光，導致地麵溫度下降。與此同時，煙灰能夠強烈吸收陽光熱量，加熱平流層，並將到達地表的陽光降低到非常低的水平。"
模擬結果顯示，大部分的煙灰在1內都會從大氣中脫落，但仍有足夠的煙灰留在空氣中，在接近2年的時間裏阻擋了99%的太陽光線，兩極煙灰清除的速度最快。而海洋中的光合作用在陽光照射達到1%時就會結束，因此研究人員將這個數據作為植物生命的門檻。
新的研究結果表明，煙灰對地球造成了災難性的影響。巴丁說:"我們的研究表明，在長達兩年的時間裏，陷入黑暗的地球足以使光合作用停止。這將產生毀滅性影響，尤其是在海洋中，因為海洋依賴於浮遊植物作為食物的主要來源，而失去浮遊植物對整個食物鏈來說將是災難性的。"研究人員還發現，即使煙灰的含量達到了這個估計值的1/3，光合作用仍會停止一年。
其他的災難性影響
除了停止光合作用外，這種遍布全球的煙灰還會阻止太陽的大部分熱量到達地球。研究人員發現，在經曆了撞擊三年後，陸地和海洋的溫度將分別下降28攝氏度和11攝氏度。在最初的幾年裏，地球上的大部分陸地溫度都在零度以下，隻有部分海岸和熱帶地區才會脫離霜凍。相比之下，被稱為平流層的上層大氣會變暖，因為那是煙灰流動的地方，它吸收了太陽大部分熱量。
這些炙熱的溫度將耗盡臭氧，並允許大量水蒸氣在平流層盤旋。研究人員稱，當水蒸氣在平流層發生化學反應時，會產生氫化合物，從而進一步破壞臭氧層。而隨著臭氧消失，煙灰消散，有害的紫外線會直接射入地球內部，對地球生命造成危害。
圖：模擬結果顯示，在小行星撞擊地球的第二、第三以及第四年內，陽光照射到地球表麵(顏色)的百分比。注意，模擬中使用了現代地球為模板，但在6600萬年前，情況會有所不同。
巴丁認為，由於地麵很冷，而煙灰又會加熱周圍空氣，這會大大減緩水的循環，使全球降水量減少3/4，持續時間可能長達6年。甚至連季風也會停止。地球成為黑暗、冰凍、荒蕪的世界。隻有極少數地方足夠明亮、足夠溫暖、足夠濕潤，足以讓植物繼續生存。
對於那些設法在這種荒蕪環境中生存的生物，必要的生存條件實際上可以很快恢複正常。在平流層中，煙灰的含量不斷下降，當達到臨界點時，它們很快就會被清理掉。巴丁說，當平流層最終冷卻下來的時候，那裏的水汽會凝結，並開始下雨，突然把煙灰全部洗掉。隨著煙灰消散，那裏的空氣會變冷，進而導致水蒸氣凝結成冰顆粒，這些顆粒會衝走更多的煙灰。研究人員發現，一旦這個冷卻周期重複多次，薄煙灰層在幾個月內就會消失。
在模擬中，這個過程會發生行星撞地球7年之後，陽光和大部分降水會恢複。此時，地表溫度僅比最初低5攝氏度，在接下來的10年裏也能恢複正常。
巴丁對他的朋友貝蒂·皮拉佐（Betty Pierazzo）大加讚揚，後者是亞利桑那州圖森市非營利性機構"行星科學研究所"的資深科學家，他曾獲得NASA的資助，為這項研究提供了早期研究證據。不幸的是，皮拉佐在白堊紀末期小行星撞擊研究開始之前就去世了。
巴丁還指出很多限製研究的因素，包括模型是基於現代地球建立的，而在白堊紀末期，地球的各個大陸都處於不同的位置，而且地球上也有不同的大氣性質，例如各類氣體的濃度有所差異。小行星撞擊本身也會產生大量的硫酸鹽氣溶膠，它們會散射足夠的陽光導致氣候變冷，但不會像煙灰那樣把太陽遮住。大量的二氧化碳也會被添加到大氣中，在短期冰凍結束後，在長期變暖的過程中，大氣中會釋放大量的二氧化碳。
這些東西如何與煙灰效應相結合呢?目前還不清楚，但有趣的是，煙灰的場景似乎已經夠糟糕了，因為它本身已經引發物種大滅絕。很難想象它如何會變得更糟！
譯者|小小
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