生物大灭绝，到底是因为火山爆发，还是陨石撞击？
谁杀了恐龙？
第一个与大灭绝有关的陨石撞击遗迹，就是铱元素（iridium）在地层中集中的情形。这种元素在地壳岩层中很稀少，但是在许多陨石中却很多。1980年，美国加州大学柏克莱分校的一个研究团队发表了一篇报告，指出意大利古比奥附近有个厚一公分的黏土层，铱含量高得令人惊讶。这个研究团队的主持人是1968年诺贝尔物理奖得主刘易斯．阿瓦雷兹，和他的儿子地质学家华特．阿瓦雷兹。地表上累积的宇宙尘，要是以每日平均值来算，无法解释那么高的铱含量，因此他们提出了一个假说：那个黏土层是地壳受到小行星撞击的落尘堆积而成的；他们估计那颗小行星的直径大约有10~14公里。
更有趣的是，那个黏土层测定的年代是6500万年前，正值白垩纪末期（中生代结束）。恐龙时代因为一颗巨大的陨石撞击地球而结束？也许同样的事件与最近六亿年的其它大灭绝也有关联？这个划时代的假说，就是从铱含量的发现诞生的。20年前这个包山包海的大胆说法震惊了科学界；大多数科学家都认为恐龙灭绝是个渐进的过程，主因是地表上的火山活动越来越频繁。阿瓦雷兹的结论引发了热烈辩论，学者开始重新检验白垩纪末期的岩层。（图说︰铱这个元素在地球岩层中很稀少，但是某些陨石中含量很高，也许会保存在落尘形成的黏土层中。图中深色带即为落尘层。）
重新检验之后，结果发现另外三种陨石撞击遗迹：地表上的岩石与植物显著变形而形成微球、受撞击而变形的石英，以及集中的煤灰。1981年，现在任教于荷兰阿姆斯特丹大学的史密特，发现用显微镜才能观察到的玻璃微粒，叫作「微球」（microspherules，图左）。史密特认为那是熔化的岩石因为溅上空中而迅速冷却才形成的。三年后，美国地质调查所的波霍等人，首先对变形石英的成因提出了解释（图右）。石英是非常稳定的矿物，即使地壳深处的高温与高压都没法改变它。换言之，地球上几乎没有力量能使石英变形。
虽然学者已认为微球与变形石英可以当作地球遭受过巨大撞击的证据，仍有一些人认为不妨以剧烈的火山活动来解释。猛烈的火山爆发的确可以使石英碎裂，但是只会朝同一方向碎裂，可是波霍收集的标本，碎裂的方向却有好几个。微球中的微量元素，与火山爆发形成的微球截然不同。世界各地的白垩纪末期遗址中，科学家发现了超过100处有铱含量高得异常的层位，采集到变形石英标本的遗址也超过30处。
1980年代发表的四种撞击遗迹中，最没有争议的就是煤灰与灰烬，那是由陨石撞击引起的大火造成的，比正常值高10~1000倍。不过，支持陨石撞击说最令人信服的证据，就是找到了陨石坑，位于墨西哥犹加敦半岛上今天叫作奇虚乐的地方。1980年阿瓦雷兹公布了「铱假说」之后不久，地球物理学家卡马哥与潘菲德就发表了他们的发现。他们服务于墨西哥国营石油公司（PEMEX），在墨西哥湾海底探勘油气，哪知发现了一个巨大的圆形结构，后来估计直径达180公里。1991年，其它学者证实了那的确是个陨石坑。
针对地球上气候大变动、生物大灭绝的研究，从此发生了重大转折，因为学者找到了一个合理的陨石撞击点，就不再只是着眼于地球内部的肇因，例如火山活动，他们开始认为整个事件源自非比寻常的大灾变。火山爆发与陨石撞击都会喷出大量有毒的污染物到大气中，例如灰烬、硫化物与二氧化碳，导致气候变迁、环境恶化。它们的差别是发生影响的时机。陨石撞击是瞬间事件，理论上几千年内就能杀死大量物种。而大规模的火山活动会持续喷出污染物，长达几百万年，对生物与栖所的影响是漫长的。
寻找线索间的关联
我们知道星尘像铱一样会随着彗尘、小行星、彗星一起掉落地表后，就决定在地球沉积层中搜寻「富勒烯」这种外来的碳分子（图左）。我们选择了一个已知的撞击遗址：加拿大安大略省索德柏立一个18亿5000万年前的陨石坑。因为它相当独特，覆盖了一层含碳丰富的角砾岩，混合着受撞岩层的碎屑与其它的撞击落尘。这个陨石坑与墨西哥奇虚乐陨石坑引起的争论没什么不同，一直到找到变形石英与碎裂锥（这个特征据学者的描述，就是保存在岩石中的撞击波，见图右），大部分科学家才相信它是陨石撞击造成的坑，而不是火山爆发的结果。
这时，美国耶鲁大学的有机化学家桑德兹与罗彻斯特大学的地球化学家波里达发现一个办法可以解决这个问题。1993年，桑德兹与波里达证明了富勒烯具有捕捉惰性气体（例如氦、氖、氩）的不寻常性质，储存在球形结构里面。巴达与我于1994年一听说这个发现，就请波里达检验我们在索德柏立找到的富勒烯。我们知道太空中惰性气体的同位素组成（像在陨石与彗尘中测量到的情形），与地球上的截然不同。因此，我们就能检验所找到的碳元素是哪里来的了：测量它们含有的惰性气体同位素组成。
得到的结果至今仍令我们惊讶。索德柏立富勒烯里的氦气同位素组成，与某些陨石、彗尘中的一样。我们推想这些分子必然通过了猛烈撞击的考验，但是秘诀何在？地质学家同意，造成陨石坑的外层空间撞击物，直径至少八公里。以计算机仿真，这种大小的小行星或彗星一旦撞上地球，上面所有的有机物都会汽化。也许更令我们难以解释的是，一开始我们缺乏陨石上有富勒烯的坚实证据。
我们也很惊讶富勒烯居然存留下来。但是，在陨石里居然找不到它们的踪迹，我们怀疑是因为过去的研究者没有找所有已知的形式。在原先设计用来模拟星尘的实验里，除了60个或70个碳原子构成的富勒烯，还有一群大型富勒烯分子。说真的，我突发奇想，找来一些含碳丰富的陨石，想分离出较大的富勒烯分子，结果最高找到400个碳原子构成的富勒烯。这些大型富勒烯与索德柏立的富勒烯一样，都藏有源自太空的氦、氖、氩。
发现新证据
在陨石中发现大型富勒烯之后，波里达与我决定到与生物大灭绝有关的沉积层中，测试我们的新方法。首先我们拿其它研究者在白垩纪末期遗址中发现的富勒烯标本做实验。由美国莱斯大学海曼领导的团队发表过报告，指出巨大撞击引发大火后，遗留的煤灰中有外来的碳。这样的大火温度也许高到足以使植物中的碳变成富勒烯，但如果那些富勒烯中的氦气不是地球的，就不能这么解释了。
海曼团队的发现使我们灵机一动，富勒烯莫非是化石记录上其它重大撞击事件的可靠遗迹？与二迭纪末期大灭绝有关的沉积层，成为我们下一个研究目标。2001年2月，我们发表报告，指出中国、日本发现的二迭纪末期富勒烯中，藏有外层空间的氦与氩。过去几个月，我们已开始研究南极洲的二迭纪遗址。从南极石墨峰采集的标本，初步研究的结果显示其中藏有外层空间的氦与氩。与这些二迭纪末期富勒烯一齐发现的，还有变形石英，即另一个撞击的直接遗迹。
这些新的撞击遗迹与二迭纪大灭绝有关，着实令人兴奋，但是我们不可以将富勒烯当作巨大陨石撞击地球的确凿证据。许多科学家仍然主张火山活动更可能是肇因，有些人认为宇宙尘是比富勒烯更可靠的撞击事件指标。其它人则追问：为什么二迭纪末期岩层中的变形石英与铱含量都很少？除非找到当年的撞击点，否则他们是不会信服的。
洪流玄武岩喷发vs.星球撞击︰到底谁是真凶？
此起彼落的大灾难
多年前，人们发现恐龙绝灭的时间与印度德干高原大规模的洪流玄武岩喷发（即火山作用）年代相当一致，于是有「生物绝灭起因于洪流玄武岩喷发」的说法。同样的，发生于2亿5000万年前二迭纪末与2亿年前地球史上最大的绝灭事件，也曾被认为与火山爆发相关。1995~2000年间，美国加州大学柏克莱分校的伦尼与麻省理工学院的波林，分别利用同位素定年法，分析中国浙江煤山地区二迭纪末地层的火山物质，以及西伯利亚洪流玄武岩的年代，发现两个事件几乎同时发生在2亿5000万年前左右的100万年内，因此他们推论，此次大绝灭是因西伯利亚发生大规模火山爆发所致。
无独有偶的，中国西南部峨眉山也约在同时发生大规模喷发，显示当时地球表面有多个火山同时大规模的喷发，引发二迭纪末的生物大绝灭。1999年，哥伦比亚大学的欧尔森也在《科学》杂志发表类似的论文，报导三迭纪末生物绝灭与广布欧洲西部、美洲东岸与非洲西缘的玄武岩喷发有相当的关联性，不但年代十分接近，规模也约略相当于西伯利亚的喷发。果真如此，六亿年来五大生物灭绝的三个主要事件，发生时间都与大规模火山作用有重要关联。
两种理论各擅胜场
的确，地球无时无刻不受到陨石的撞击，不但可引起大范围的火灾、直接造成陨石坑，而且可能带来十分可观的辐射与波击，导致地球变形或海面立即的升降变化。此外，陨石碎片与接近大气层时燃烧爆炸形成的灰烬，也会迅速漫布于大气层内，影响太阳辐射作用、产生温室效应，还会带来大量的外层空间物质，包括铱与富勒烯等地球上稀少的固态物质，或是二氧化碳、二氧化硫等气态物质，进而使大气层与水圈产生变化，威胁生物的生存而导致绝灭发生。
同样的，洪流玄武岩在短时间内的大规模喷发（印度德干玄武岩洪流就在100~200万年内喷发了约260万立方公里的火山物质）过程中，大量灰烬与二氧化碳、硫化物等气体，藉由喷发作用进入大气层与水圈，确会造成全球性的气候与海水成分变化，足以产生温室效应，并造成大规模冰山与冰帽的溶解，导致海面上升，大幅缩小陆生动植物的生存空间。而暖化的结果与火山所带来的热流，也常使储藏于沉积岩层的甲烷大量释出，随之而来的氧化作用更加速大气层中二氧化碳的富集。另外，随后发生的冰期也会造成反向的大幅度海退作用，便恶化海洋生物所赖以生存的环境。而大量火山灰烬飘浮于大气层中，阻绝了太阳辐射作用，同样不利于生物的生存。
显然，大规模洪流玄武岩的火山喷发与星球撞击事件，都足以造成全球性的巨大环境改变，导致生物绝灭。当然，两者还是有所不同，例如人们就曾怀疑，短时间之内（约在数十到数百万年间）发生的火山喷发毕竟具有地域性，是否真能产生全球性环境变迁与生物绝灭，这是值得斟酌推敲的。相对的，星球撞击似乎难以解释海底生物的大规模绝灭。
贝克于前页发表的〈陨石轮番轰炸地球〉，认为生物绝灭多导因于星球撞击，此一说法并不是没有受过质疑，例如加州理工学院的法利使用同一种方法分析贝克的标本，并没有发现富勒烯与惰性气体等任何来自外层空间的物质；日本东京大学的矶崎行雄也认为，贝克分析的标本并不是出自于二迭纪末的界面地层，而是采自界面下方数公尺的地层。果真如此，二迭纪末即使有星球撞击，发生的时间也应早于生物绝灭。另外，美国莱斯大学的海曼也曾发表富勒烯在地球也会出现的事实。果真如此，二迭纪末生物绝灭是否起因于星球撞击，仍有待进一步的科学验证。
到底是谁闯的祸？
检视已知的科学证据，可能造成生物绝灭的两大事件，似乎都还不足以完整解释所有现象。就已知的五大绝灭事件而言，其中有三项似乎与火山作用有关，但白垩纪末恐龙绝灭的同时，却与大型星体撞击有密切关系。星球撞击似乎较能解释生物大规模、短时间内绝灭的发生，但不能解释为何许多已知的大型撞击事件却没有造成生物绝灭。
举例来说，目前已知最大范围的澳亚陨石事件发生在80万年前，形成多座陨石撞击坑，伴随的雷公墨更广布于亚洲、印度洋、澳洲等地区，广达地球表面积的1/10；该事件除了影响到中国广西地区的新石器时代人类，并造成大面积的森林大火外，似乎并未导致生物大绝灭。同样的，地球经常受到陨石撞击，依统计，平均每50万年就可能受到直径超过一公里的星体撞击。
正如贝克文中的图表显示，地球尚有数十次重要的撞击事件，但绝大多数并未伴随绝灭的发生。因此，生物的绝灭究竟是导因于星球撞击还是大规模火山作用呢？这仍是一个未解的重要科学问题，有待更多新证据的收集与发现，也需要进一步的逻辑检验与论证。
