鎖住「時間」的岩層

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沙漠下面的地質時間線

在美國亞利桑那沙漠里，隆隆聲漫天迴響在空曠無人且布滿岩石褶皺的荒地里，鑽井機器上的金屬軸就像一根刺一樣，從山面向下延伸刺穿地球，鑽機的金屬軸每秒旋轉20次，通過一層又一層的沉積岩層，到達地下幾百米的地殼。

這台鑽機的工作人員經常鑽取黃金或者其他貴重金屬，但今天正在鑽探的東西卻完全不同，他們正在幫助古生物學家探索三疊紀的地質時間線。

當轟鳴聲消退時，工作人員從洞里吊起一根圓柱體塑料筒，像一個人的胳膊那麼長。而這個泥質塑料筒內藏著土柱子，就是一段被掩埋的未知世界。土柱子就是地層剖面，是地層的「晶元」，是科學家分析地下岩石層的基礎。

在未來的幾年內，古生物學家保羅·奧爾森和他的同事將重點研究這些地層晶元。比如，土柱子剖面顯示出不同的顏色，包括藍色、灰色或帶點紅色。紅層意味著地表氧氣滲入土壤，導致鐵礦物生鏽，從而形成的乾燥的紅色斑點；藍灰層則暗示著之前可能存在一個古老的湖床或河床，水下的低氧氣含量防止了鐵礦物的生鏽，土層顯示藍灰色。一些地層晶元甚至可以出現有古植物的根或古動物的洞穴。

在土柱子內，奧爾森甚至發現了雞蛋一樣大小的鵝卵石，這意味著當時這個地區不僅有河流，而且水流還很大，可以移動大塊的岩石，使岩石磨損成圓滑的鵝卵石。

泥水和碎石的混合，沉積了將近2億多年，形成了這裡的地層。長期以來的研究表明，古時候的亞利桑那沙漠地區，很可能由一片熱帶森林、平原、湖泊和蜿蜒的河流組成的。

神秘的三疊紀

亞利桑那州沙漠的地層岩石，是世界上最神秘的三疊紀沉積岩之一。三疊紀囊括了從2.5億年前到2億年前的時間區段，其中就包括了早期恐龍的出現時間。現在古生物學家奧爾森的目標是重組岩石層的歷史和時間線，並使我們了解恐龍如何一步一步主宰地球。

古生物學家一般是通過探究遠古海床來構建地質年代表的。遠古海床由1億年以來的沉積物不斷堆積形成，可以代表著一個連續的年代序列。但是由於三疊紀太古老了，三疊紀時期的大洋地殼早已從大陸邊緣滑到地幔岩漿中，消失得無影無蹤。這就意味著科學家無法建立三疊紀時期的地質時間線了，也就無法衡量那一時期的古生物化石的年齡，從而無法推斷各類物種出現、消失的時間以及順序。

因此，古生物學家們就必須尋找另外的方法來構建三疊紀年代表，奧爾森就是通過地殼碎片來重組地質的年代，比如研究短暫存在於陸地內湖中的沉積層。奧爾森認為，對不同地層的研究，可以填補三疊紀時期的時間空白，例如對美國新澤西州紐瓦克盆地的研究，這個下沉的盆地存留有跨越了3200萬年的8千米深的三疊紀晚期的沉積層。

軌道周期驅動氣候變化

在紐瓦克盆地，奧爾森使用那些重複的紅色、黑色、灰色地層作為時間的標記，紅色層是乾燥氣候的時間標記，黑色層和灰色層則是潮濕氣候的時間標記，這種乾燥與潮濕的循環往複，是著名的米蘭科維奇循環的重要證據。

米蘭科維奇循環講的是地球氣候大周期的變化，以10.9萬年為主要周期，伴隨著4.05萬年以及2.6萬年左右的周期。這三個周期與三種地球繞日運行軌道的變化有關。每10.9萬年為一個周期，地球的軌道在圓形與橢圓形之間發生一次來回變化，這是地球公轉軌道離心率的變化；每4.05萬年為一個周期，地球自轉軸的在21.5度到24.5度之間發生一次來回變化，這是地球自轉軸傾斜角度的變化；此外，在重力作用下，地球自轉軸在空間並不總是保持在同一方向上，而是不斷發生變化。其長期變化使地球自轉軸饒著地球公轉軌道面（即黃道面）的垂直軸（黃軸）旋轉，以大約2.57萬年的周期在空間描繪出一個圓錐面，這種天文現象就叫歲差。

上述三種因素會綜合影響地球的氣候變化，例如：當地球在遠日點且公轉軌道離心率趨近於1（接近圓形），地球自轉軸傾斜角度為最大的24.5度，且南半球傾向太陽，則北半球將可能發生極寒天氣。

這種長周期的氣候變化會在地質層中留下烙印。奧爾森的研究團隊從紐瓦克地層中提取八個地層剖面的晶元。在所有晶元中，奧爾森都看到重複的紅色層、黑色層和灰色層。奧爾森不斷地觀察了那些干、濕交換的地下岩石層，然後將這些重複的氣候帶與地球軌道周期進行匹配。

果然，它們完美地匹配上了，奧爾森驚訝地發現，10.9萬年、4.05萬年和2.57萬年三種周期疊加，能在紐瓦克地層的間距和相對厚度上清晰地反映出來，這表明古氣候的波動過程真的能被地層記錄下來，而且地球軌道周期會影響氣候的想法被證實了。

晚三疊紀，不是恐龍的世界

1995年，奧爾森和地質學家丹尼斯·肯特公布了新的地質年代表，稱為紐瓦克天文年代地層表。

但這個新的年代地層表卻無意中推翻了目前科學家對三疊紀晚期恐龍的研究成果。

目前被普遍認可的研究成果是：三疊紀時期（距今2.5億年至2.03億年）的世界，跟現在我們所了解的世界地圖有很大不同。那時地球的各大洲是連在一起的，顯示為一個單一的超級大陸——稱為泛古陸。這樣就有一個很大的好處，即大部分動物可以不受廣闊水域的隔閡，能夠在同一塊大陸自由交流與活動。因此，任何在晚三疊紀活著的恐龍，應該會同時生活在泛古陸所包含的任意區域。

而紐瓦克天文年代地層表卻顯示了不一樣的信息。例如在歐洲、印度、非洲南部和美國南部，就很少有三疊紀晚期恐龍化石的沉積，更不用說按年代、有規則排序的恐龍化石。這就是說，那個時期的恐龍在泛古陸的一些地區相當繁盛，在另一些地區卻並沒有什麼立足之地。

紐瓦克天文年代地層表展現了晚三疊紀的另一幅生物圖景：兩棲動物和鱷魚等爬行動物主宰著溫暖的赤道地區，也就是北美在泛古陸時期的地理位置；而恐龍和哺乳動物的祖先則生活在清涼多雨的泛古陸南邊和北邊。骨骼解剖和生長速率的研究表明，恐龍可能是恆溫動物，這樣的自然特性能使它們快速生長。

之後，由火山爆發造成的物種滅絕，摧毀了許多冷血爬行動物和兩棲動物等恐龍的競爭對手，這是地球有史以來最嚴重的一次滅絕事件。估計地球上有96%的物種滅絕，其中90%的海洋生物和70%的陸地脊椎動物滅絕了。佔領了地球近3億年的主要生物——兩棲動物和爬行動物從此衰敗，生態系統獲得一次最徹底的更新，為恐龍類動物的進化鋪平道路。直到三疊紀結束後，恐龍才終於開始統治和主宰地球。

不同的聲音

當然，也不是所有學者都贊同紐瓦克天文年代地層表，著名的三疊紀權威學者斯賓塞·盧卡斯就發表了不同意見，他花了30年時間利用生物地層學重組三疊紀的年代表，通過確定特定類型的化石，來確定包含化石的地層年齡，也就是以生物進化本身為岩石中地質時間的標記。他以化石為基礎的年代表顯示了，在晚三疊紀時期只有一系列小規模的物種滅絕。

盧卡斯還指出在紐瓦克天文年代學的許多弱點。比如，地層晶元充斥著微小的縫隙，地層沉積物會被定期侵蝕，如果僅僅研究不同顏色地層的重複，可能會漏掉數百萬年的歷史時間。

另外，我們需要注意的是，地層晶元隱含的年代也可能受地殼運動等因素干擾，導致舊地層出現在新地層之上。

儘管有反對的聲音，奧爾森的紐瓦克天文年代地層表還是得到了不少同行的支持，他對這個地層表的應用價值也充滿信心。他還相信，如果從亞利桑那沙漠地層中抽取的「晶元」展現出與紐瓦克天文年代地層表一致的年代序列，那麼，天文學家就可以利用年代表，來解釋過去或者未來太陽系中行星的運動。

火星撞地球？可能成真

上世紀90年代中期，奧爾森研究紐瓦克地層晶元時發現，晶元中記錄的遠古時期米蘭科維奇循環周期與現在是一致的，但也有例外。火星與地球是相鄰的行星，它們之間存在著一個微妙的引力拔河周期，這個周期在地層晶元中顯示只有175萬年，而不是如今的240萬年。這暗示在我們的太陽系中，行星運動軌道並不是一成不變的。如果奧爾森的猜測是正確的，那麼一些難以言表的危險因素可能就潛伏在我們未來的太陽系中，甚至可能過早結束地球的生命。

無獨有偶，早前，法國天體力學研究所的天文學家賈可·拉斯卡爾也在做類似的事情，他花了10年研究一個問題：即地球的軌道是穩定的，還是會隨著時間而不可預知地漂移？他經過對水星、金星、火星和地球之間引力的理論計算，結果表明，這些鄰近行星之間的引力拔河，會導致地球未來200年內的軌道偏差將有15米，並會在1億多年後擴大到驚人的3.8×108千米。現在，奧爾森提供了證據，說明這些假設可能是真的。

另外，拉斯卡爾的分析還表明，從現在到10億至30億年這段時間內，水星可能逐漸從它的軌道脫離，它可能會撞到太陽，或者反過來狠狠地撞上金星，甚至可能會碰到火星，相互碰撞後會導致火星撞上地球，到那個時候，我們的地球就將變成一團熔化的岩石。但是這種情況的可能性微乎其微，因為拉斯卡爾的模擬結果顯示，水星在幾十億年的時間裡，只有1%的時間能夠脫離軌道。

但是我們不難想像，任何行星的軌道一旦發生偏離，引發的後果都是災難性的，比如金星運行軌道可能出錯，然後撞擊到水星，釋放出數以百萬計的大碎片，而其中一些很可能與地球相撞；再比如地球與火星很相近地擦身錯過時，可能會導致大部分的火星地殼被地球引力所撕裂，結果就是，在我們的地球上產生了數千顆流星……這可怕的想像只是個推測，但產生的最終後果卻不可估量。

如果亞利桑那沙漠地層的結果與紐瓦克地層的結果相匹配，那麼這些地層所反映的行星軌道變化數據，就可以幫助天文學家拉斯卡爾更好地量化行星運動所產生的風險。

目前，所有這些仍然是一個進展中的工作。如今，亞利桑那沙漠地層晶元已經接受了電腦掃描，不久之後，科學家們將獲知地層內部的結構。

無論如何，有一件事非常難明確的：找到一種方法來測量更詳細的地層時間，將會揭示進化生物學、古氣候學、天文學等學科之間各種各樣的問題與聯繫。