一颗巨大的陨石在32亿年前煮沸了海洋。科学家称这是生命的“肥料炸弹”
一颗巨大的陨石在32亿年前煮沸了海洋。科学家称这是生命的“肥料炸弹”
根据新的研究，一块巨大的太空岩石，估计有四座珠穆朗玛峰那么大，在30多亿年前撞上了地球——这种影响可能出乎意料地有利于我们星球上最早的生命形式。
通常，当一块巨大的太空岩石撞击地球时，撞击会带来灾难性的破坏，就像6600万年前恐龙灭绝的情况一样，当时一颗大约6.2英里宽(10公里)的小行星在现在的墨西哥的尤卡坦半岛海岸坠毁。
但哈佛大学地球和行星科学助理教授迷离情骇·德拉邦表示，32.6亿年前，当S2陨石与地球相撞时，地球还很年轻，是一个非常不同的地方，据估计，它的质量比引发恐龙灭绝的希克苏鲁伯小行星大50至200倍。她也是一项新研究的主要作者，该研究描述了S2撞击及其后果，该研究于周一发表在《美国国家科学院院刊》上。
“还没有复杂的生命形成，只有单细胞生命以细菌和古细菌的形式存在，”德拉邦在一封电子邮件中写道。“海洋中可能有一些生命，但不像今天这么多，部分原因是缺乏营养。一些人甚至将太古代海洋描述为“生物沙漠”太古代的地球是一个水世界，很少有岛屿突出。这将是一个奇怪的景象，因为富含铁的深水中的海洋可能是绿色的。"
德拉邦说，当S2陨石撞击地球时，全球混乱随之而来——但撞击也搅动了可能丰富细菌生命的成分。新的发现可能会改变科学家理解地球及其新生生命如何应对地球形成后不久来自太空岩石的撞击的方式。
迷离情骇·德拉邦(右)与学生大卫·马德里加尔·特雷霍和约库迈特在南非实地考察时合影。迷离情骇·德拉邦/哈佛大学
揭开古代撞击
在地球历史的早期，太空岩石频繁撞击年轻的星球。据研究作者估计，直径超过6.2英里(10公里)的“巨型撞击者”至少每1500万年撞击地球一次，这意味着在持续40亿年至25亿年前的太古宙期间，至少有16颗巨型陨石撞击了地球。
但是这些撞击事件的后果还没有被很好的理解。鉴于地球不断变化的地质状况，其中巨大的陨石坑被火山活动和构造板块的运动所覆盖，很难找到数百万年前发生过什么的证据。
德拉邦是一名早期地球地质学家，他对了解地球在第一个大陆形成之前的样子以及剧烈的陨石撞击如何影响生命进化很感兴趣。
“这些撞击一定极大地影响了地球上生命的起源和进化。但具体如何仍然是个谜，”德拉邦说。“在我的研究中，我想检验真实的'硬’证据——原谅我的双关语——关于巨大的撞击是如何影响早期生命的。”
Drabon和她的同事进行了野外工作，在南非Barberton Makhonjwa山脉的岩石中寻找线索。在那里，可以在岩石中找到发生在36亿至32亿年前的8次撞击事件的地质证据，并通过称为球粒的微小陨石撞击粒子进行追踪。
当大陨石撞击地球时，会出现小而圆的颗粒，这些颗粒可以是玻璃状的或结晶的，它们在岩石中形成沉积层，称为小球床。
在这个取自另一次陨石撞击的样本中可以看到小球。迷离情骇·德拉邦/哈佛大学
该小组在南非收集了一系列样本，并分析了岩石的成分和地球化学。
“我们的一天通常是从长途跋涉进入山区到达我们的采样地点开始的，”德拉邦说。“有时候我们很幸运，土路让我们走得更近。在现场，我们非常详细地研究了撞击事件层岩石中的结构，并使用大锤提取样本，供以后在实验室进行分析。”
紧密夹在中间的岩石层保存了一条矿物时间线，使研究人员能够重建S2陨石撞击时发生的事情。
毁灭的浪潮
S2陨石撞击地球时直径在23到36英里(37到58公里)之间。德拉邦说，这种影响是迅速而猛烈的。
德拉邦说:“想象你站在科德角海岸外的浅水大陆架上。“这是一个低能量的环境，没有强大的电流。然后突然间，一场巨大的海啸席卷而来，撕裂了海底。”
这张图片显示了S2巨大陨石撞击后的一系列事件。詹姆斯·扎卡里亚
海啸席卷全球，冲击产生的热量如此强烈，以至于它蒸发了海洋的顶层。德拉邦说，当海洋沸腾蒸发时，它们会形成盐，就像在撞击后直接在岩石中观察到的那样。
撞击产生的尘埃喷入大气层，几个小时内就使天空变暗，甚至在地球的另一边也是如此。大气层变热，厚厚的尘埃云阻止了微生物将阳光转化为能量。陆地或浅水中的任何生物都会立即感受到不利影响，这些影响会持续几年到几十年。
最终，雨水会带回海洋的顶层，尘埃会沉淀下来。
但是深海环境是另一回事。海啸搅动了铁等元素，并将它们带到了表面。与此同时，侵蚀有助于将海岸碎片冲入大海，并从陨石中释放出磷。实验室分析显示，撞击后立即以铁和磷为食的单细胞生物数量激增。
德拉邦说，生命迅速恢复，然后蓬勃发展。
“在撞击之前，由于浅水中缺乏营养物质和电子供体，如铁，海洋中有一些生命，但不多，”她说。“这次撞击在全球范围内释放了重要的营养物质，如磷。一名学生恰如其分地称这种影响为“肥料炸弹”。总的来说，这对地球早期生命的进化来说是一个非常好的消息，因为在生命进化的早期阶段，撞击会比现在更加频繁。"
地球如何应对直接撞击
德拉邦说，由于太空岩石各自的大小和行星撞击时所处的阶段，S2和希克苏鲁伯小行星撞击产生了不同的后果。
希克苏鲁伯撞击器撞击了地球上的一个碳酸盐平台，将硫释放到大气中。排放物形成了气溶胶，导致地表温度急剧下降。
研究人员研究了这块岩石中的地层，确定32.6亿年前S2陨石撞击引发了一场全球海啸。迷离情骇·德拉邦/哈佛大学
Drabon说，虽然两次撞击都导致了大量的死亡，但一旦海洋重新填满，尘埃落定，S2撞击后浅水中的耐寒、依赖阳光的微生物就会迅速恢复。
“S2撞击时期的生活要简单得多，”她说。“考虑在早上刷牙:你可能消灭了99.9%的细菌，但到了晚上，它们又回来了。”
麻省理工学院(Massachusetts Institute of Technology)的罗伯特·r·施洛克(Robert R. Shrock)地球和行星科学教授本·韦斯(Ben Weiss)对论文中小球层的地质观察很感兴趣，他认为这些观察让研究人员能够探索地球的古代撞击记录，就像天文学家可以研究火星等行星的表面一样。韦斯没有参与这项研究。
“今天地球上没有保存下来的撞击坑，其大小与推断出的产生这里研究的岩石的大小接近，”韦斯说。“当然，我们记录的特别之处在于，无论多么零碎和不完整，这是我们目前能够详细研究的唯一记录，可以告诉我们撞击对生命早期进化的影响。同样令人印象深刻的是，尽管这些观察结果具有非常局部的性质(在南非的一个小区域露出地面)，但我们可以开始了解这些巨大撞击事件的全球性质。”
Barberton Makhonjwa山脉的岩石为Drabon和她的同事们打开了一条研究地球撞击史的全新路线。
“我们的目标是确定在地球早期历史上的其他撞击事件之后，这些环境变化和生物反应有多普遍，”她说。“由于每次撞击的效果取决于各种因素，我们想评估这种对生活的积极和消极影响发生的频率。”