霸王龙和迅猛龙：白垩纪最著名食肉动物的历史
第二章 背景
对地球的形成和发展的现代理解真正开始于19世纪初，当时地质学家第一次开始分析岩层，并认识到不同的地层包含不同种类的化石遗迹，于是科学家们就开始使用固定的术语来描述构成我们星球历史的漫长时期。
第一位是自学成才的英国地质学家约翰·菲利普斯（John Phillips），他在19世纪30年代出版了一本书，这本书将改变我们对地球历史的理解，并最终使描述这些古代时期的术语标准化。他根据发现的不同化石类型对岩层进行排序，并以此来定义地球上生命发展的不同时期。
菲利普斯
这些分类按三个时代描述了前寒武纪之后的生命史，每个时代又细分为几个时期。这些时代是：
古生代（意为“古代生命”时代）是最古老的，也是一个剧烈动荡和变化的时期。它涵盖了从5.5年到2.5亿年前的一段时期。这个时代始于第一个多细胞生命的出现，到其结束时，第一个大型爬行动物，如异齿龙和基龙，已经出现在盘古大陆上。这个时代进一步细分为六个地质时期；寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪。
异齿龙复原图
古生代是一个不断进化的时期，生命形式变得越来越复杂。然而，它也包括了至少三次被称为“大规模灭绝事件”的事件。由于尚未完全了解但很可能与某种形式的气候变化有关的原因，在这个时代有三次许多物种完全死亡，并被其他形式的生命所取代。
第一次事件发生在奥陶纪和志留纪之间。地球变得越来越冷，冰川出现，海平面和海水温度急剧下降。地球上大约25%的物种被杀死。在海洋中，这种影响更为显著，大约60%的海洋物种永远消失了。
在泥盆纪末期，发生了第二次甚至更灾难性的灭绝事件，导致地球上约70%的物种死亡。虽然目前的理论包括海洋的过度沉积、一段时间的全球快速变暖（或冷却）、彗星或大型陨石的影响，甚至是陆地大量营养物质径流导致的栖息地变化，但没有人完全确定是什么导致了这一事件的发生。
然后，在二叠纪末期，发生了一次灾难性的灭绝事件，早期古生物学家将其称为“大灭绝”。在短短两万年的时间里，95%的动物物种灭绝，几乎所有的树木和许多植物都消失了。就像其他灭绝事件一样，没有人完全确定是什么导致了大灭绝，但最近的发现可能会提供一个强有力的线索。
现在的澳大利亚和南极洲的岩石被发现含有微小的石英晶体，上面有微小的裂缝。石英非常坚固，要做到这一点需要巨大的力量，其威力是核爆炸的许多倍。人们认为，也许是一颗直径超过三英里（4.8公里）的巨大小行星撞击了地球，导致了气候的突然灾难性变化。
粒子和气体云会阻挡太阳数月甚至数年。全球气温最初会下降，腐蚀性的雨雪也会开始下降。当这种情况最终停止时，大气中会充满温室气体，随后会出现一段可能持续数百万年的全球变暖时期。地球变成了一片空白，为全新的生命形式的出现做好了准备。
地质年代与生物进化历程
下一个时代是中生代（意思是“中年人”的时代），大约从2.5亿年前到6600万年前。与前一个时代一样，这是一个不断变化的时期。这也是大型爬行动物首次出现并成为地球上主要生命形式的时期。这个时代被细分为三个地质时期：三叠纪、侏罗纪和白垩纪。
三叠纪时期，地球上出现了新的生命形式，取代了二叠纪灭绝期间死亡的生命形式。第一批真正的恐龙开始出现，尽管它们比后来的恐龙小得多，并且分布在盘古大陆上。然而，在三叠纪末期，又发生了一次全球大灭绝，约35%的物种灭绝。古生物学家不确定是什么导致了这一事件，但与早期的大规模灭绝一样，这被认为是由某种形式的气候变化引起的。
最普遍的理论是，有一段时间温室气体大规模释放到大气中，可能是由广泛的火山活动引起的。这被认为造成了大范围的全球变暖和海洋酸化。气温上升导致许多物种灭绝，但有一种生物似乎几乎没有受到影响：爬行动物。也许这些冷血的爬行动物能够更好地在不断上升的温度下生存？没有人能确定，但我们现在知道，在三叠纪末期，许多其他物种的灭绝使爬行动物能够繁殖和扩张，以填补几乎所有的进化生态位。
在接下来的侏罗纪时期，地球开始完全由爬行动物统治。庞大的蜥脚类恐龙群在盘古大陆蕨类覆盖的内部游荡，被异特龙等捕食者追捕。在海洋中，强大的海洋爬行动物摩萨龙捕食鱼类和其他海洋生物。飞行爬行动物翼龙主宰了天空。到侏罗纪末期，恐龙是地球上最成功、最多样化的生命形式。在接下来的白垩纪时期，它们将变得更加丰富、多样化和专业化。
没有与侏罗纪相关的确切日期。所涉及的时间跨度如此之大，以至于我们所拥有的都是模糊的近似值。例如，三叠纪的结束和随后的全球灭绝事件可能涵盖了两万年的时间，或者20万年，甚至200万年，每一种都被一些古生物学家提出并接受（或拒绝）。根据不同的理论，给出的侏罗纪结束的日期相差多达500万年。重要的是要记住，我们在这里处理的不是人类历史的精确日期。地球的早期历史以一种相对轻松的方式进行，事件发生了数百万年。我们在这里写的时期和日期既不是固定的，也不是绝对确定的。
科学家们一直面临的一个问题是证据被破坏的可能性，这揭示了一个简单的逻辑事实，即缺乏证据永远不会推翻结论。如果科学家们有一台时间机器，他们可能会发现存在着数百万种目前没有证据的物种。许多科学家的词汇中非常缺乏一个短语，那就是“我不知道”。有时，一个新物种可能会根据一块骨头甚至一块碎片来命名，而一些这样的“发现”却被后来更仔细的检查所否定。
如果每一种生物的身体都以这样或那样的形式保存下来，那么整个山脉都是由骨头组成的，但骨头是脆弱的，不断分解和腐烂。只有少数罕见的骨骼找到了成为化石的合适条件，这对学者来说足够幸运，因为科学家永远不会知道这些古老的生物。
随着森林和古代尸体在它们死亡后被埋葬，它们在地球的地质地层中形成了一个新的层。然而，有时地层可能会暴露在外，被雨水、风或地震磨损，最终消失。
浅海和冲积平原是保存化石以备将来发现的最佳地区。在其他地方死亡的生物可能很容易被饥饿的清道夫、自然细菌或风化破坏骨骼。
挖掘整个星球寻找古代骨骼是不可能的，所以古生物学家依靠运气创造出化石，然后再被发现。一旦化石床被发现，技能就会接管，充分利用这一发现。
据一些估计，在二叠纪和三叠纪的交界处，发生了一些事情，导致多达96%的海洋物种和70%的陆地脊椎动物灭绝。由于陆地上的生态位比海洋环境中的生态位定义更为明确，因此这种生物多样性的丧失对陆地造成了特别严重的损失，需要比海洋更长的时间进行恢复。陆地生命的生态网络花了大约3000万年的时间——接近整个三叠纪的60%——才完全恢复。这种灭绝事件有时被称为“大灭绝”。它也被命名为“二叠纪-三叠纪灭绝事件”、“P-Tr灭绝”、“P-T灭绝”或“二叠纪末灭绝” 。
一些消息来源认为，生命在仅仅1000万年后就恢复了，这仍然是一段令人痛苦的漫长时间。估计数的差异部分基于对回收物的定义的差异，也基于每项研究的地点。例如，在爱达荷州巴黎附近的贝尔湖县，2.5亿多年前的海洋证据表明，当地的恢复只花了大约200万年。
同样有可能的是，反复发生的灭绝事件延长了对地球生态系统的破坏，这种情况可能发生在今天的西伯利亚。一些地区显示出三个独立的灭绝阶段的证据。
死亡人数和死亡类型之多令人难以置信。从P-T灭绝事件到三叠纪中期，四足类动物——四肢生物——几乎在全球范围内消失。在30°N和40°S的纬度之间，这一地区与所谓的“煤隙”不谋而合。煤来自生命，在这段时间里，在这些纬度之间，几乎没有生命或形成煤层的适当条件。
二叠纪-三叠纪灭绝事件有许多可能的原因，包括大规模火山事件和流星撞击事件。为了寻找答案，科学家们将目光投向了西伯利亚，西伯利亚是地球上最大的地区之一，覆盖了亚洲东北部1310万平方公里。如果它是一个独立的国家，它将是世界上最大的国家。如今，该地区以其极其寒冷的冬季而闻名，1月份的平均温度通常为-25°C。这里也是苏联政治犯集中营的热门地点。
如今，该地区的一半多一点被厚厚的火山玄武岩覆盖——通常被称为洪水玄武岩。这700万平方公里包含了一次跨越P-T边界的事件中估计400万立方公里的火山岩。
贝基·奥斯金（Becky Oskin）在为LiveScience.com撰写的一篇文章中写道，西伯利亚的火山爆发持续了不到100万年：“研究人员昨天（12月11日）在美国地球物理联合会（American Geophysical Union）年会上说，对中国和俄罗斯的岩石进行了细致的分析，证明罪魁祸首是一系列大规模的火山爆发，就在2.52亿年前地球上最严重的大灭绝之前，这些火山爆发用厚厚的熔岩流淹没了古西伯利亚。多亏了新的计算机模型，以及对大灭绝前后沉积的岩石的详细测绘，研究人员现在有史以来最好的理由将大灭绝归咎于巨大的熔岩流。”
据其他科学家估计，灭绝事件本身的时间约为60000年。其他科学家发现的证据表明，几次灭绝事件接连发生。Henrik Svensen、Sverre Planke等人在2009年的论文中写道，西伯利亚陷阱在喷发过程中可能释放出超过100000亿吨的CO2。这篇论文的标题是“西伯利亚气体排放和二叠纪末的环境危机”。如果今天发生这样的事件，大气中的CO2将从约400 ppm（百万分之一）增加到18000 ppm以上，仅比美国国家航空航天局为其航天器建议的最高水平低2000 ppm。不用说，这是一个很大的增长。
地质历史时期二氧化碳含量变化
一些科学家认为，问题更多的是释放有毒的硫化合物，而不是释放CO2。CO2在高达20000ppm及以上的广泛浓度范围内是无毒的。甚至美国国家航空航天局也允许20000 ppm的CO2在他们的航天器上停留长达一个小时。如果这么多CO2是危险的，他们在任何时间内都不会允许。当二氧化硫与水混合时，它会产生硫酸——已知最强的酸之一。火山气体也可能包括有毒的氟或氯。
与CO2和变暖理论相反的是，只有当生命足够多时，才能够吸收所有多余的CO2，对生命来说太热的温度才会下降（随着CO2的驱动）。但三叠纪早期也被称为“煤隙”，因为植物没有进行太多的CO2封存。植物从空气中吸收CO2是地球获得化石燃料的原因。
大约6600万年前，一颗巨大的流星杀死了除了鸟类恐龙的大多数恐龙，因此认为早期的撞击是此次灭绝事件的原因似乎是合理的，但没有证据表明二叠纪-三叠纪边界处出现了大型陨石坑。此外还有一些小的但还不足以造成灭绝级别的事件。
当然，证据的一个问题是大自然有能力摧毁它。正如下文进一步讨论的那样，有时科学家只发现了几块骨头，而不是整个属（几十或数百个物种）的完整骨架，因此，尽管科学家们从为数不多的骨头中知道它们的存在，但即使是一种生物，也没有完整的骨架，而数百万种生物可能存在。同样，仍然有可能是一颗流星以足够的力量撞击地球，导致了灭绝事件，只留下很少或根本没有证据表明撞击发生过。
这是Jonathan T.Hagstrum在2000年11月16日的一次会议上提出的一个想法的精髓。他在摘要中写道：“奇怪的是，热点往往以接近对足的方式出现。此外，在过去2.50亿万年内，所有对足到大陆（可能是海洋）的泛滥玄武岩都在深海中。”
对O-16和O-18（δ18O）这两种最常见、最稳定的氧同位素之间的比率的研究，让科学家们对这一时期的温度有了大致的了解。赤道海洋的温度超过40°C（104°F），虽然这是过热的证据，但关于是什么原因造成的还有争议。
如果这三个因素都发挥作用呢？有证据表明当时发生了火山活动，也有证据表明那时的海洋温度要高得多。尽管科学家们没有证据表明在那次事件中陨石撞击形成了一个巨大的陨石坑，但陨石坑可能会在数百万年内被摧毁。
其中一篇论文涉及西伯利亚附近潘塔拉西洋的影响。根据这一想法，一颗巨大的小行星撞击地球，在软流圈中形成了一个永久性的洞，将脆弱的地壳与熔融的地幔隔开。
潘塔拉西洋现在被称为太平洋，但当时存在的所有海底都消失在地幔中，在板块边缘俯冲。这意味着，海底破坏的任何证据都已被自然界从构造板块的运动中抹去。新的板块物质已经被创造出来取代旧的，像传送带一样从大洋中脊移动到构造板块边界的俯冲带。
然而，如果一颗足够大的流星在这片广阔的海洋中撞击地球，它可能会在软流圈、地幔中打出一个洞，甚至可能进入地球炎热的液态外核。这种撞击产生的冲击波可能已经完全通过地球转移到世界另一端的大陆：盘古大陆。火星上也发现了类似的影响。
如果一颗足够大、密度足够大的小行星以足够的力撞击地球，它可能会撕裂潘加亚超级大陆，导致西伯利亚陷阱和破裂，后来导致超级大陆分裂成劳拉西亚和冈瓦纳大陆，后来分裂成美洲、非洲、欧亚大陆、澳大利亚和南极洲。与此同时，撞击本身的直接证据可能并没有全部被摧毁——软流圈上的一个洞可能一直存在，形成了夏威夷群岛链诞生的当前中太平洋热点。
如果发生这样一次流星驱动的断裂，不仅会导致现代西伯利亚地区的熔岩流过热，还会导致地球盘古大陆一侧的断裂。水下裂缝可能暴露在热岩浆中，使局部水温升高，并使区域海水变暖，使其对大多数物种来说太热。熔岩（液态岩石）在700°C至1200°C的温度范围内从地球上排出。自然，水会很快冷却熔岩，但持续的熔岩流可能足以将立方英里的冷水转化为等量的热水。
因此，一颗大型小行星可能对目前的所有证据负责，包括炎热的赤道海洋、西伯利亚陷阱、后来导致超级大陆解体的盘古大陆裂谷，以及夏威夷热点，即使在今天仍在产生新的岛屿材料。
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