《火与冰》第2章

淖饔茫厍蛞惨狄驯徽庑├嗨频脑墒铀哺恰?983年，红外照相天文卫星发现了一颗新的“阿波罗”行星，它的运行轨道与导致双子星座流星雨的那颗彗星的轨道是重合的。这一发现证明了长期以来的一个观点，即“阿波罗”小行星实际上就是失去了全部冰块和尘埃的彗头，因此当它们接近太阳时就不再有彗尾形成。
阿尔瓦雷斯夫妇认为，　无论是地球含有高浓度的铱，还是6500万年前恐龙的灭绝，都是由“阿波罗”小行星或失去活力的彗核引起的。具体地说，就是一颗直径为6英里的小行星在与地球发生碰撞时把相当于它体积60倍的岩石粉末抛射到大气层中，其中很小一部分——恐怕有10亿吨重的粉尘——曾在高度为10英里或10英里以上的地方进入大气同温层，并在同温层滞留数年之久，逐渐蔓延至整个地球上空，由此造成黑暗并抑制光合作用的正常进行，从而使得陆生植物、浮游生物以及以植物为食的动物出现大范围的死亡。
对大规模生物灭绝原因的第二种解释是，海洋的冷却在其中扮演了重要角色。特别是当生物的毁灭集中发生在热带海生物种头上时，这个解释就越发可信。须知海洋一旦变冷，生活在热带海洋中的动植物便无处迁栖。按照阿尔瓦雷斯小行星毁灭理论的假设，地球的急剧变冷是巨大的尘埃云所造成的结果之一。然而，费城约翰·霍普金斯大学的史蒂文·斯坦利（他用收集到的大量事实证明，在几次重要灾变中，海洋冷却是一个重要因素）却争辩说，有好几个物种从自然界舞台上消失的时间是在恐龙濒于灭亡的6500万年前，比铱沉积的地质年代要早得多，而铱在地层中的积淀一直被认为是小行星撞击地球的标记。另外有证据表明，还有一些物种是逐渐消失的，其过程有的持续了200万年乃至更长的时间。只有当这些疑问得到合理解释之后，小行星毁灭理论才能够最终成立。然而，不管怎么说，关于在自然历史上曾经有过多次生物毁灭的灾变的事实则是无可置疑的。冰期大约在1万年前，我们的祖先——也就是在6500万年前渡过劫难的一支小鼠类动物的后代——在最后的一次冰期中幸存了下来。这些曾经数度覆盖地球表层的冰期是由地球年平均温度发生了几度的变化所引起的。在以往的100万年中，这样的冰期大约发生过10次，几乎每10万年左右就来一次，它发生的规律性实在令人吃惊。距我们最近的一次冰期大约在1。8万年前进入盛期。当时，冰层覆盖了欧洲和北美的绝大部分地区。通过对海洋沉积物中氧的同位素含量的丰度进行测定，就能够对以往不同时期出现于地球的冰川时代作出判断。在通常情况下，水中所含的氧是氧16，它的原子按里分别有8个质子和中子。而氧的另一种同位素氧18的原子核里则有8个质子和10个中子，而氧18这种类型通常只占地球含氧量的千分之几。这两类氧的化学性质几乎是—样的，但由于氧18稍重一些，因而当水蒸发时，易于留存下来。当冰期来临时，海洋里的一部分水蒸发到天空变成雨雪落到地面，带走了大量的氧，致使海洋里的氧18含量增多。因此，海洋沉积物中氧18浓缩物的变化就为人们勾勒出了一幅冰盖形成的自然历史图画。氧18的变化情况表明冰川形成的历史具有某种引人注目的周期率。它们每隔不同的时期重复出现，其间隔期分别为10万年、4。3万年、2。4万年和1。9万年。
对这种周期性变化的解释既简单又出人意料。它是由南斯拉夫天文学家米留丁·米兰科维奇在本世纪前半叶首先提出的。当地球环绕太阳运转时，地球上出现了从冬到夏这种周而复始的季节变化。这是因为地球自转轴线与地球轨道平面的夹角并不是恰成直角，而是成23。5度的斜角。因此，当北半球夏季来临时，太阳处在天空中较高的位置，日照时间长，我们接受的热量就多些；同此道理，冬季太阳在天空中的位置偏低，日照时间短，气温也就相对的冷一些。如果地球自转轴线不成斜角，情况就非如此。关于引起地球热量变化原因的更精巧的解释是，地球公转的轨道并不是一个正圆形，而是一个椭圆形。椭圆形与正圆形的度数差用一个数值来表示，叫做偏心率。地球的轨道是椭圆形，加上太阳处在中心位置，这就意味着地球轨道上有一点距离太阳最近，我们称之为近日点。地球运行到近日点的时间是每年的1月。现在我们已经得知，由于月球和其它行星引力作用的结果，地球自转轴的倾斜度、地球公转轨道的偏心率、以及到达近日点的时间，这三者都在随时间发生缓慢的变化。偏心率的变化是每10万年一次，地轴倾斜度是每4万年一次，近日点变化要复杂一些，它在每隔2。3万年和1。9万年之间交替。因此，米兰科维奇的理论回答了氧18含量的丰度所表明的冰川形成具有周期性的原因，因而也回答了冰川覆盖量的问题。冰川覆盖量取决于夏天气温处于0℃以下的地区的面积，因为只有这样，冰盖才能年复一年地堆积起来。
冰川对地球生命的危害不像上一节所提到的那些远古时代的巨大毁灭事件那样厉害。因为地球的冷却和冰盖的扩大都是缓慢进行的，这使得绝大多数物种来得及寻找它们理想的栖息地。即使如此，我们还是发现，在冰期到来时，物种的灭绝率同样达到了高峰，尤其是热带物种，它们陷入了走投无路的境地，例如加勒比海地区的物种就找不到更为温暖的地方。
坦博腊火山大喷发和1816年夏季的消失
1815年4月10日和11日，印度尼西亚的松巴哇岛上发生了历史记载中最大的一次火山喷发。在火山喷发之前，岛上的坦博腊火山约高1。4万英尺（4270米）。喷发时，火山上部的三分之一被掀入空中，随后出现了灾难性的后果。在松巴哇和毗邻的龙目岛上至少有8。8万人丧生。隆隆巨响在2000英里以外都能听见，火山灰漂落到1000英里远的地方。在这次喷发中，总共约有100立方英里容积的火山灰被抛射到大气层中，在方圆300英里的范围内，到中午时分天空仍是一片漆黑，这种状况持续了一两天。这次喷发比1883年著名的爪哇岛喀拉喀托火山喷发还要猛烈3～10倍。
尽管这次喷发本身就其程度而言已非常猛烈，但它对地球其它地区造成的后果从某些方面来讲则更为强烈。火山爆发形成的烟柱高约10～20英里，一直进入大气层的最高层——同温层。小颗粒的火山灰形成了一片巨大的烟云，逐渐在地球上空扩散开来，并在空中滞留了两年之久。人们已从好几个方面感到了这股烟云的影响。在1815年秋季，英国人常常能够看到持续时间很长的暗红色的黄昏和黎明。在1816年的春季和夏季，有报道说美国东北部出现了持续不断、风雨都无法驱散的“干雾”。据纽约报纸报道，这种干雾使太阳光急剧变红并减弱，以致于用肉眼就能看见太阳黑子。1816年6月9日和10日发生了月蚀，尽管在伊普斯威奇、伦敦和德累斯顿的观测条件毫无阻碍，但人们发现整个月亮完全消失了；而在往常，由于大气层折射和散射阳光的作用，月亮在月蚀期间也能显现出微弱的暗红色光亮。在这次火山喷发两年以后，即1817年9月19日，正在英国进行访问的法国天文学家杜宾在日落后3小时在格拉斯哥天文台观察极光时发现，尽管人们头顶上的天空晴朗无云，天空下半部却莫名奇妙地呈现为一片朦胧，通常用肉眼就能观察到的星星，这时“要费力”搜寻才能看到。
因此，由坦博腊火山爆发所形成的弥漫于地球同温层的灰幔，仅在3个月之内就从赤道偏南的印度尼西亚逐渐蔓延到英国上空。灰幔造成的后果可以通过阳光减弱系数来加以测量。来自纽约国家航空和航天局戈达德宇宙研究所的理查德·斯多热思在1984年6月15日的《科学》杂志上撰文，精彩地描绘了坦博腊火山喷发的情况。他在这篇文章中估计，在1815年9月，北纬地区阳光减弱，最高系数只有正常阳光的25％。到1816年夏季，这一系数仍然只有正常光照的40％。
还有一种方法可以对坦博腊火山烟尘中所含物质数量进行测量。众所周知，构成火山灰幔的两种主要成分，一是来自岩石粉末的硅酸盐灰粒，另一个是火山排放的硫磺所形成的硫酸液滴。目前，对格陵兰岛冰帽的研究表明，人们已能够对那里每年积存下来的冰层加以辨认和分析，就像观察?