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挖出隕石化石和它們的秘密

瑞典人博格·施密茨有一個奇怪的習慣。他會去任何有大面積石板地面的公共建築,譬如機場或者火車站,然後趴在地上,手腳並用,眼睛緊盯地面,或靜止或爬行。為此,他好多次跟保安人員發生衝突。

施密茨不是恐怖分子。他是世界上最重要的化石——隕石化石的獵手之一。隕石化石,即古代降落於地球,被埋進岩層的太空岩石。碰巧,大面積的石灰石地磚是尋找它們的絕佳地點。

挖出隕石化石和它們的秘密

每年大約只有3顆橄欖大小的隕石會落在像海南島這般大的地方,人們能找到它們的機率微乎其微。現在請想象一下,你要找的是一塊幾百萬年前墜落,被埋進地下堅硬的岩層中的隕石,難度之大,可想而知!但這並非不可能。在過去幾年裡,隕石化石的獵手們已經在陸陸續續發掘出它們,這些隕石化石正向我們吐露關於地球遙遠過去的資訊。

太空岩石影響到地球歷史

區分隕石和地球岩石並不容易。新落下的隕石通常表面閃著迷人的光澤,因為它們在穿過大氣層時被燒得透亮。但日久年深,它們也會失去光澤,跟普通石頭差不多。識別隕石的最好方法是深入研究其化學成分。隕石中含有大量地球上罕見的元素,如鎳或銥,這是它們太空“血統”的最可靠標誌。

施密茨最早是在美國與路易斯·阿爾瓦雷茨一起工作時,對隕石產生興趣的。阿爾瓦雷茨是諾貝爾物理學獎得主,他和他的兒子又是現在佔主流的恐龍滅絕說提出者。這對父子假設,6600萬年前,一顆巨大的小行星撞向地球,結束了恐龍在地球上的統治。但他們提出這一假說時,並未發現任何隕石碎片,只是在全世界恐龍滅絕這個時期的岩層中發現廣泛分佈著銥元素,估計是隕石在撞擊時蒸發後留下的。

挖出隕石化石和它們的秘密

埋在石灰岩中的隕石化石

這是太空岩石影響地球歷史的一個絕佳例子。施密茨想,還有其他例子嗎?

為了找出答案,施密茨決定去研究隕石化石。但是在當時,幾乎沒有任何現成的隕石化石。一天,施密茨讀到了一篇報道,說有人在瑞典的一個採石場發現了一些隕石化石。他立即聯絡這個採石場,並與其合作。採石場的工人在切出石板的時候,如果發現石板裡面有別的石頭鑲嵌其中,就給他打電話。因為隕石落下後就會隨著地殼運動,被埋入別的岩石中成為隕石化石。透過這種辦法,在接下來的幾年裡,他每年大約能得到4塊隕石化石。

似乎這個採石場非常特別,因為施密茨調查了其他採石場,都沒有發現任何隕石化石的影子。最後,他有了一個主意,那就是到所有采購了這個採石場的石板的地方去尋找。這就是本文開頭提到他在公共建築地板上爬行的原因。

從找隕石化石到找微隕石化石

到了21世紀初,施密茨已經收集到40多塊隕石化石。但用於研究,樣本量還是太少了。他需要更多——而且他心中已經有了一個計劃。

他的新計劃依賴於這樣一個事實:雖然大型隕石非常罕見,但越小越常見。當小到塵埃大小時,它們的數量是巨大的。現在每年都會有大約100噸的微隕石——尺寸小於1毫米的外星塵埃——撒落到地球上。

在古代的石灰岩中找微隕石是一個巨大的挑戰。施密茨的想法是,由於隕石中常含有堅硬礦物——鉻鐵礦,所以他以找含有鉻鐵礦的隕石為主。鉻鐵抗腐蝕強,工業上鉻鐵合金常作為生產高強度、抗腐蝕、耐高溫、耐氧化的特種鋼的新增材料。為此,他用強酸來溶解採石場的大塊石灰石,因為石灰石的主要成分是碳酸鈣,易溶於酸,這樣就會把鉻鐵礦微隕石分離出來。

到2003年,他用這種方法收穫了500多顆微隕石,它們形成於大約4。85億到4。9億年前的奧陶紀時期。他發現,在一塊石灰石的小斷層內,微隕石出現的機率大幅度上升。這有力地證明,在這個小斷層形成的大約100萬-200萬年裡,地球受到了比平時強烈100倍的太空隕石的襲擊。

挖出隕石化石和它們的秘密

當隕石劃過天空,它同時也捕獲了高層大氣的資訊

到底發生了什麼?施密茨的解釋是,這可能是來自小行星帶中的一些小行星,大規模地脫離自己的軌道,碰撞地球造成的。這應該是一次史詩般的事件,因為它是至今登陸地球的許多隕石的來源。

這次事件對地球歷史有何影響?在奧陶紀的這一時期,地球正在經歷一個可與恐龍滅絕相媲美的轉折點:奧陶紀生物大輻射事件。即在5億多年前,地球生命的進化似乎出現了停頓,然後又以最快的速度爆發,短時間內產生了大量的新物種。施密茨推測,這是因為大量撞擊地球的隕石造成了一些生物的區域性滅絕。但它們在生態系統中騰出來的空缺,再次被新生命填補。

如果他的猜測得到證實,這將是太空隕石影響地球歷史的第二個例子。

隕石化石可以告訴我們遠古地球大氣

與此同時,施密茨關於微隕石化石的研究引起澳大利亞莫納什大學的安迪·湯姆金斯的興趣。他工作的地方正好是地球上已知的最古老岩石所在地。這些岩石形成於大約27億年前,其中包括著名的疊層石。疊層石是古代細菌依附在其上生長的岩石,是我們迄今關於微生物產生的最古老的證據。

湯姆金斯從當地荒漠中挖出了大約10千克石灰石塊,並把它們運回了實驗室,切成立方體,用酸溶解,並用磁鐵和篩子篩選出沒有溶解的殘餘物。他最終得到了60顆鐵質微隕石。這些來自27億年前的微隕石,是迄今為止發現的最古老的隕石。

湯姆金斯意識到,這些隕石中的氧化鐵一定是在隕石劃過天空,以極快的速度摩擦地球大氣層時形成的,因此它們在這個過程中捕獲了地球大氣中的氧原子。但是,傳統的理論認為,地球大氣層在27億年前基本上不含氧氣。那怎麼解釋隕石中氧化鐵的來源呢?科學家透過電腦模擬實驗證明,如果大氣中含有大約25%的二氧化碳,在高溫摩擦的情況下,也能像氧氣一樣氧化隕石中的鐵。

這意味著,隕石化石就像時間膠囊,可以告訴我們遠古時代地球大氣組成的資訊。除了透過它們,我們目前還無法從別的途徑瞭解這些資訊。

隕石化石比我們知道的還普遍

隕石化石引起越來越多的人的興趣。還在攻讀博士學位的英國人馬丁·蘇特爾,有一天在英國薩里郡父母家附近的路邊發現了一些裸露的石灰石塊。結果發現,這些岩石屬於白堊紀(恐龍統治地球的最後時期),有著8700萬年的歷史。蘇特爾以與湯姆金斯類似的方式處理岩石,提取了76顆微隕石。

然而,這些微隕石與施密茨或湯姆金斯發現的那些非常不同。它們在本該出現鎳的地方,卻出現了錳!

這很奇怪——不過,當他仔細想一想,意識到這是有道理的。化石形成的過程經常會改變材料的組成。以恐龍化石為例,它往往根本不是恐龍骨頭,而是沉積在骨頭原來所在空間的礦物質。蘇特爾意識到,隕石在化石化的過程中,可能已經將鎳置換成了錳。

這是一個改變遊戲規則的發現。過去任何在古代沉積物中發現含錳顆粒的人,都不會認為它們來自太空,因為其中缺少鎳。這樣一來,很多隕石化石都被錯過了。如此說來,隕石化石比人們知道的要多得多。

蘇特爾如今正在領導一個團隊,研究英國倫敦自然歷史博物館收藏的海洋沉積物中的微隕石化石,並計劃利用它們來幫助重建地球過去的大氣組成。

釋出於:海南