研究人员提出,一颗超新星引发了晚泥盆纪的大灭绝。

2020-08-23 20:53:42

伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校(University of Illinois Urbana-Champaign)天文学和物理学教授布莱恩·菲尔兹(Brian Fields)本周发表的一篇论文提出,遥远的超新星是过去一次大灭绝事件的原因--具体地说,就是标志着泥盆纪和石炭纪分界线的汉根伯格事件。菲尔兹以前就提出过这类问题,这篇论文和他之前的论文都是对超新星可能对地球产生的影响进行了有趣的实验。每一篇论文都对超新星可能对地球产生的影响进行了建模。

然而,重要的是要理解,这两篇论文都不应该被视为有证据表明所引用的事件不是由超新星引起的,或者代表了任何关于这一点的普遍科学共识。它们只不过是耐人寻味的建议,它们指明了我们应该寻找什么样的证据。

如果你在同一句话中说“大灭绝”和“太空大灭绝”,大多数人首先想到的就是小行星与地球的碰撞--即使恐龙迷想到的是奇克苏鲁伯陨石坑,流行文化的粉丝们想到的不是“深度撞击”或“世界末日”这样的电影。

然而,小行星撞击并不是地球面临的唯一来自太空的威胁,白垩纪-古近纪也不是地球经历过的唯一一次大规模灭绝事件。3.59亿年前发生了一次更大的大灭绝事件--它被称为汉根伯格事件,它标志着泥盆纪和石炭纪之间的分界线。汉根伯格事件影响了海洋生物和陆地生物群,它消灭了97%的脊椎动物物种。

小行星撞击是Kellwasser灭绝事件的一个可能原因,该事件发生在大约1000万年前。但还没有发现重大影响,这可以追溯到汉根伯格事件的正确时期。还提出了其他几种潜在的机制,包括植物生命的重大变化以及由于岩浆作用而在大气中大量注入二氧化碳和二氧化硫的后续影响。但到目前为止,没有确凿的证据直接指向一个原因。

关于汉根堡物种灭绝,我们所知道的是,它们发生在几千年,甚至数十万年的过程中。我们也有证据表明,在这一事件中,数千年来紫外线对花粉和孢子造成了损害,而这反过来又表明臭氧层可能受到了长期的破坏。

这段紫外线损害期的长度和严重程度很可能排除了臭氧层破坏的大多数局部原因。陆地原因造成的臭氧消耗,例如由于地表温度升高而导致的平流层水蒸气增加,不太可能严重到足以导致这一时期出现的大规模灭绝。

同时,臭氧层通常会在10年左右的时间里从更多的局部灾难性天体物理事件中恢复过来,如流星撞击、太阳耀斑和伽马射线爆发,这既没有考虑到汉根堡大灭绝的严重程度,也没有考虑到持续时间。

菲尔兹团队认为,超新星可能是汉根堡物种灭绝的严重程度和持续时间的原因。

超新星事件通常被认为是瞬间发生的--一颗超大质量恒星爆炸,辐射波阵面在经过时会立即烹调任何足够靠近的物体。在25光年左右的范围内--比我们太阳系面临的任何超新星威胁都要近得多--这是近乎准确的。

然而,超新星事件的影响可以感觉到(并可能导致灭绝事件)远离这个相对狭窄的杀戮半径。2018年,由菲尔兹领导的另一个研究小组试图将250万年前在上新世-更新世边界生物多样性减少和灭绝率增加的时期与可能的超新星事件联系起来。基于超新星期间产生的放射性同位素铁-60的全球升高水平,这篇论文假设了一颗超新星发生在163光年到326光年之间。但是这些物种的灭绝恰逢气候大变化期,所以还不清楚是否需要超新星来解释它们。

在这项新的工作中,研究小组使用全球气候、大气化学和辐射传输模型来研究来自遥远超新星的宇宙射线流量将如何改变臭氧层。托马斯告诉“天体生物学”杂志,遥远的超新星的撞击并不是一下子就会到来的。相反,星际介质对某些粒子的减速作用比其他粒子更大,导致了一场可持续数十万年的放射性铁雨。

要证明超新星在正确的时间框架内发生,以解释更古老、更具破坏性的汉根堡事件,关键是在事件期间沉积的岩石和化石中发现放射性同位素钚-244和钐-146。这两种同位素在地球上都不是天然存在的,菲尔兹把它们描述成绿色的香蕉。

菲尔兹说,当你在伊利诺伊州看到青香蕉时,你知道它们是新鲜的,而且它们不是在这里生长的。Pu-244和Sm-146的腐烂期足够长,可以在3.6亿年后被发现,但也足够短,足以阻止它们被包含在地球的原始形成中。菲尔兹接着说,今天这些同位素的发现意味着它们是新鲜的,而不是来自这里-同位素世界的绿色香蕉-因此是附近超新星的确凿证据。