致命角度：小行星撞击何以使恐龙灭绝

小行星撞击效果图，该次撞击位于如今墨西哥境内。 （图片来源：Chase Stone）

最近，一项来自伦敦帝国理工学院模拟结果显示，导致恐龙灭绝的小行星“或许是以最为致命的角度”击中了地球。

模拟结果表明，小行星撞击地球的角度为60度左右，在这种情况下，那些涌入上层大气层导致气候变化的气体的量将会达到最大值。

六千六百万年前的这一击可能释放了约数十亿吨的硫，足以遮天蔽日，引发“核冬天”，导致恐龙以及四分之三的其它生物死亡。

本次研究的模型结合了撞击的三维数值模拟和撞击现场的地球物理数据，首次完全以三维形式模拟从最初撞击到最后陨石坑[现被称为希克苏鲁伯（Chicxulub）陨石坑]形成的全过程。

该模拟是在英国科学技术设施理事会（Science and Technology Facilities Council, STFC）的DiRAC（Distributed Research utilizing Advanced Computing）高性能计算设备支持下得以实现。

本研究的首席研究员、帝国理工学院地球科学与工程系Gareth Collins教授说：“那些恐龙所经历的正是最为惨烈的情形：小行星撞击释放巨量能够改变气候的气体，涌入大气层，引发一连串事件，并最终导致恐龙灭绝。更糟糕的是，小行星恰好可能是以最为致命的角度之一撞向地球。我们的模拟足以证明小行星从东北方撞向目标，与地面以大约60度的陡峭角度接触。这是最为严重的几种情形之一，因为这会释放更多有害的碎屑进入上层大气并四处播散，而这正是‘核冬天’出现的原因。”

研究结果被刊登在《自然》（Nature）子刊《自然-通讯》（Nature Communications）上。

火山口的形成

希克苏鲁伯陨石坑（Chicxulub crater）位于如今的墨西哥，其周围的上层土壤含有大量的水以及多孔碳酸盐和蒸发岩。经受撞击和加热后，这些岩石会分解，将大量的二氧化碳、硫和水蒸气释放到大气层中。

其中，硫会快速形成可遮蔽阳光的小颗粒气溶胶，使气候变冷，植物无法光合作用。最终促使大灭绝事件爆发，导致地表75%的生命死亡。

帝国理工学院、弗莱堡大学和德州大学奥斯汀分校的研究团队调查了陨石坑的形状和地下结构，将地球物理数据输入模拟程序，帮助判断撞击的角度和方向。近期，从这座200公里宽的陨石坑中钻取的岩石也为他们的分析提供了佐证，这些岩石携带着撞击所产生的极端力量的证据。

前所未有的表现

陨石坑中心，峰环（peak ring，指在陨石坑环以内，由断裂岩石所形成的环状山）中心，以及被抬升的位于陨石坑30km以下的密实地幔岩石中心，这三者之间的关系是判断撞击的角度和方向的关键。在希克苏鲁伯，这些中心沿东北-西南方向排列，陨石坑中心位于后两者之间。在撞击角度为60度时，该团队的三维模拟结果几乎重现了现场观测情况。

这些模拟结果前所未有地细致重现了这座陨石坑的形成过程，为我们了解地球上最大的陨石坑形成过程提供了更多的线索。之前对此处的全三维模拟只含有撞击的早期阶段，这一阶段会形成一个被称为过渡撞击坑（transient crater）的巨大的碗状深坑，同时，岩石、水和沉积物会被挤出并进入大气层。

本次模拟首次涉及到陨石坑形成的后半部分，并且重现了陨石坑形成的最后阶段，即过渡撞击坑坍塌，形成最终的结构。研究人员首次得以将三维模拟希克苏鲁伯陨石坑和地球物理数据显示的陨石坑现代结构进行比较。

弗莱堡大学的共同作者Auriol Rae博士说：“难以置信，这些深埋于沉积岩之下一千米的地球物理数据却能如此清晰地揭示陨石坑结构，甚至足以描述撞击的角度。”

研究者表示，这项研究既大大加深了我们对导致恐龙灭绝的那次撞击的理解，也有助于我们获悉其它星球上的大型陨石坑是如何形成的。

帝国理工学院地球科学与工程系的共同作者Thomas Davison博士说：“像希克苏鲁伯这样的大型陨石坑，形成也不过是几分钟的事，这其中就伴随着一场陨石坑之下岩石反弹的壮观景象。我们的研究可有助于加深我们对如何利用这次反弹的信息获知撞击小行星细节的理解。”

翻译：姬翔

审校：赵欢

引进来源：帝国理工学院