摘要:土星有环,天王星有环,木星和海王星也有自己的环。身为一颗气态巨行星,有个环在身边应该很合理吧?但是对于内太阳系的岩质行星来说,它们一没有强大的引力捕获天体,二离太阳又那么近,很容易让水冰挥发,所以内太阳系的小家伙们很难拥有自己的行星环。然而你可能不知道的是,在
土星有环,天王星有环,木星和海王星也有自己的环。身为一颗气态巨行星,有个环在身边应该很合理吧?但是对于内太阳系的岩质行星来说,它们一没有强大的引力捕获天体,二离太阳又那么近,很容易让水冰挥发,所以内太阳系的小家伙们很难拥有自己的行星环。然而你可能不知道的是,在很久很久以前,我们的地球没准还真有行星环!
就在近些年,地质学家们在研究4.6亿年前的奥陶纪地层时,发现了一件怪事:他们在该处岩层里发现了大量的L型球粒陨石碎片。所谓“L型球粒陨石(Low-iron chondrites)”是一种低含铁量的普通球粒陨石。既然是普通陨石,那有什么奇怪的呢?
首先,不像那些零散的陨石碎片,这些陨石碎片的数量非常多,是正常情况下的上千倍。这说明当时肯定发生了什么事,不然也不会突然从天而降这么多石头。其次,地质学家此前发现的21个奥陶纪的陨石坑,全部分布在古代赤道附近南北纬30°范围内。
如果这些陨石只是简单的来自小行星带,那么它们的来源方向应该是四面八方哪都有,留下的撞击坑也应该遍布世界各地。但是这些陨石坑全都集中在(古代的)赤道附近,如果这件事只是纯粹的巧合,那么这个概率仅有四千万分之一。所以它怎么看都不像是机缘巧合,而更像是有谁在朝这里“定向投掷”。就像当年木星被苏梅克-列维9号彗星撞击一样,碎片全都来自一个方向,随着木星的自转,最终它们在木星上留下了一圈撞击坑。但是这种情况似乎也不可能,因为正常情况下,一个天体碎裂成若干块后,这些碎块的撞击应该很快会结束(比如苏梅克-列维9号彗星的撞击只持续了几天),但这21个陨石坑的形成时间跨度极长,甚至长达4000万年,根本不像来自同一个天体。
来源于不同天体不太可能,来源于同一个天体……也不太可能,那这到底是怎么回事呢?
“解铃还须系铃人”。通过对这些L型球粒陨石的分析,科学家发现,与其他球粒陨石相比,L型球粒陨石大部分在落入地球之前都受到过强烈的冲击。另外,根据同位素测定,这些陨石的宇宙射线暴露(CRE)年龄非常接近。所谓“宇宙射线暴露年龄”指的是陨石等天体暴露在宇宙射线环境中的时长。我们知道,太空里普遍存在着宇宙射线(也就是高能粒子)。陨石内部的某些元素在高能粒子的轰击下会发生核反应并产生对应的放射性同位素。通过测量这些放射性同位素的含量,我们就能知道这块陨石大概是什么时候从母体中分裂出来的。如果这些陨石的宇宙射线暴露年龄都差不多,那说明它们应该来自同一母体,确实是某一个天体解体后的碎片。但是这样一来,长达数千万年的持续撞击又说不通了。
这时候有科学家提出了个大胆的猜想:你说这些碎片有没有可能它们长年停留在地球附近没有落下来呢?顺着这个思路想下去,地球的历史上可能发生过这样一个故事……
大约4.7亿年前,当此之时,一颗珠峰大小的小行星阴差阳错地向地球狂奔而来。很快它便到达了地球跟前,并与地球擦肩而过。虽说没有直接撞上,但是因为距离太过靠近(甚至比一些中轨的导航卫星还要近),所以它已经完全进入了当时地球的洛希极限。此时,在地球潮汐力的作用下,这颗小行星先是被拉成了椭球体,紧接着它便像饼干一样被扯得粉碎。在地球引力的吸引下,这些碎片一小部分坠入了地球的大气层,更多的则是在地球周围形成了一圈碎片环。在那之后的数千万年里,环中的碎石由于能量耗散不断坠落到地球表面,这便是赤道附近那21个陨石坑的来源。
几千万年的陨石撞击应该会对地球上的生命带来很大威胁吧?然而相较于陨石撞击,碎片环本身的存在可能对生物圈的影响会更大。甚至有科学家认为,这个临时的地球环或许直接导致了地球生物史上第一次大灭绝事件——奥陶纪—志留纪灭绝事件(Ordovician–Silurian extinction event)。
这是一次全球范围的生物灭绝事件,也被称为“晚奥陶纪大灭绝(Late Ordovician mass extinction, LOME)”。在此期间,有超过85%的海洋生物惨遭灭绝,像是很多棘皮动物还有三叶虫都是这时候开始慢慢消失的。虽然对于这次灭绝也有人猜测是伽马射线暴等原因,但一些科学家认为,也许地球环才是本次灭绝事件的罪魁祸首。
这圈岩质的碎石环让地球像是戴了顶遮阳帽,某些地方(尤其是低纬度地区)会因为长年缺少阳光照射而变得极为寒冷,这可能直接导致了奥陶纪末期的“赫南特冰期(Hirnantian)”。作为地球5亿年来最冷的一次冰河时期,虽然它的具体成因并非只有地球环一个,但是如果当时地球环真的存在,那么这两者之间肯定有着紧密的联系。比如当时有大量冰川出现在原本炎热的赤道附近,这可能正是行星环对阳光的长期遮蔽导致的。在这期间全球海平面下降了大约80米,这使得世界各地浅水大陆架干涸并暴露,从而导致了大量浅水物种的灭绝。
然而这次大冰期看似是对地球生命来了次“大清洗”,但实际上它更像是对海洋生物来了一场“压力测试”。虽然大部分海洋物种在此期间灭绝,但同时它们的消失也为其他生物腾出了生态位。
对于那些幸存下来的物种,那可真是“大难不死必有后福”。所谓“杀不死我的终将使我强大”,在经历了千万年的漫长等待后,随着行星环中的碎片逐渐坠入大气层燃烧,化为灰烬的陨石狠狠为海洋施了一把“铁肥”。另外,随着行星环的渐渐消失,地球的气温开始缓慢回升,各地的冰川开始大量融化。在冰川的侵蚀下,大陆上的土壤又为海洋撒了一把“磷肥”。如此一来,海洋中的藻类开始盛行,带来的是大气含氧量的上升以及新生命的出现。大概只过了几百万年,地球物种的多样性就恢复到了灭绝前的水平,这也是为什么认为奥陶纪灭绝事件的长期影响相对来说并不算太大。
在经历完短暂的气候振荡后,幸存下来的物种(比如一些腕足动物和笔石动物)它们很快就演化成了与之前非常相似的形态。不过这些都不重要,因为这次灭绝事件为今天的生物圈带来了一个最关键的影响:就是随着大量海洋生物的灭绝,位于当时食物链顶端的无颌鱼类也被“清理”了。如此一来,浅海生态位出现了大面积空缺,而这为日后的有颌鱼类留下了充足的发展空间。作为包括人类在内大多数脊椎动物的祖先,有颌鱼类的盛行标志着地球从此进入了一个全新时代。
[1] Andrew G. Tomkins , Erin L. Martin , Peter A. Cawood. Evidence suggesting that earth had a ring in the Ordovician. Earth and Planetary Science Letters. 646, 118991. (2024)
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[3] Birger Schmitz et al. ,An extraterrestrial trigger for the mid-Ordovician ice age: Dust from the breakup of the L-chondrite parent body.Sci. Adv.5,eaax4184(2019)
来源:Linvo说宇宙