多大的隕石能把人類完全乾掉？

知識 02-11

隕石在幻想文學中經常是神兵利器的來源，現實中倒也經常造成巨大的殺傷——只不過，它裡面其實並沒有什麼特殊的元素，它的殺傷力很樸實簡單：撞。

所謂隕石，不外乎是地外天體撞擊地球的過程中沒有被大氣層的摩擦給「消化掉」的殘留物質罷了。和直觀容易想到的不同，隕擊事件的破壞力其實遠不止「撞一下」那麼簡單。一次天體撞擊事件對地球系統的影響甚至可以延續數百年，數萬年乃至數百萬年之久。由直接衝撞所帶來的破壞力雖然「簡單粗暴」，但終歸是一次外科手術式的機械打擊；天體撞擊在之後的漫長時間中所引發的環境災難才是「正片」。

在本文里，我們先一起來看看隕擊事件究竟是怎樣進行它們的「傷害輸出」的；然後我們根據這些原理，從小到大，給隕擊事件的破壞力排個序，看看它們到底能把地球實際折騰成什麼樣子：從最小的、划過天空的火流星；到大一點的、足以摧毀一座城市級別的撞擊；然後更大的，比如在白堊紀末把恐龍搞滅絕那樣的。當然，在最後的最後，依然少不了大家喜聞樂見的標準結局——摧毀地球。

直接破壞力：撞

談起隕擊事件，我們最容易想到的自然是直接衝擊。顯然，衝擊帶來的威力由兩方面決定：隕擊天體本身「有多重」（質量），以及「有多快」（速度）。

質量本身又是體積和比重的乘積。研究實際隕擊物體有一個好處：它們是有一個比重上限。之前的文章里已經介紹過，常見的大部分隕石要麼是質量較小，不能誘發比重分異的早期小行星、要麼是質量較大，內部可以長期維持熔融態從而可以進行充分比重分異的原行星。在所有這些大大小小的天體里，最重的物質，自然是在充分的比重分異中被分到大型原行星最深處的鐵質地核——也就是鐵隕石的「前身」。因此，倘若考慮最嚴重的情況，不妨把隕擊物體的比重全假設為這個上限；這樣一來，所謂的質量問題，實際上就簡化為單純的體積問題了。

然後是另一方面，速度。隕擊天體的速度究竟有多大呢？老實說並不容易估計。本來這些天體受到初始擾動的原因就各不相同。再者，就算初始速度相同，在飛向地球的軌道中，也可能受到各種不可預知的中途干擾，比如是否臨近過大行星從而經歷了引力加速？比如是否經歷過多次碰撞而交換過動量？這些都是未知問題。

但是，僅從「落入地球」這個結果來考慮的話，速度同樣也有一個上限：11.2km/s。在太陽系尺度下，地球和隕石完全可以當作質點，因此，除了毫釐不差地瞄準地面飛來的那些極少數的情形外，其他幾乎所有落到地球上的隕石，都不外乎是一點點被地球的引力場捕獲、偏離軌道、然後吸下來的。「能被地球引力場捕獲」自然帶來了一個潛台詞，那便是這些小天體的速度上限不能夠超過第二宇宙速度（跟從地球上發射探測器正好相反）。因為一旦超過這個速度，它們就能夠無視地球引力圈的吸引而直接掠過了。

不妨把比重和速度都設為各自的上限。這樣一來，變數就只剩下小天體的體積了。這和我們的直觀認知是相符的：撞擊天體的大小，是決定衝擊破壞力的最直接因素。

但是呢，天體撞擊所造成的實際危害，卻遠不止直接衝擊簡單。哪怕毀掉一座城市、削平一座山頭，如果僅僅考慮這些機械力，對地球上的生態系統來說也不過就是「疼一下的事兒」，影響不到根源。它們給地球系統所帶來的真正威脅，在於其誘發的各種次生效應。這就猶如一支毒箭。在中箭時固然有皮肉之痛，但更可怕的，卻是滲入機體的毒液，慢慢地使這個系統從內在紊亂掉，然後徹底崩潰。

間接誘發的深遠災難

地球環境的紊亂，往往表現為生物圈的大型滅絕事件。而談起滅絕，隕石和地幔柱可以算是最著名的「兩大兇手」了（還有一些小兇手比如海平面升降啥的）。

地幔柱，是地球歷史中那些超大型熔岩域——「大火成岩省」的幕後推力。大火成岩省對環境釜底抽薪式的破壞，遠不僅僅是靠它們那數十萬平方公里的「岩漿之海」給「烤」出來的。它們真正可怕的地方在於，在把大量地球深部的毒氣在極短的時間內釋放進了大氣圈。

當大量二氧化碳和甲烷注入大氣圈時，溫室效應將短期驟增，地球進入無冬之年，氣候亂掉、生物完蛋；當大量二氧化硫注入大氣圈時，與水結合形成氣溶膠，射入地球的陽光將被大量反射，地球進入無夏之年，氣候亂掉、生物完蛋。大火成岩省的虐心之處在於：它甚至可以將這兩方面揉合起來進行的，一會兒溫室效應、一會兒冷室效應，頻繁地在無夏之年和無冬之年之間亂切換。就算能適應溫室的，把你凍死；就算能適應冷室的，把你熱死。所以史上最大的大火成岩省——西伯利亞暗色岩系（Siberian Traps）才有資格在二疊紀末將地球上95%以上的物種都抹掉。

隕擊事件能夠成為與地幔柱並肩齊驅的兇手，恰恰就在於這些事情不僅地幔柱能做到，大型隕擊事件同樣也能做到。

你可能會問隕石怎麼能帶來氣體呢？隕石不用帶來氣體。但是它可以在衝擊時，把大量固化在地表圈層（岩石圈和水圈）中的這些氣體給蒸發出來，短時間內驟然釋放至大氣層，也就起到同樣的效果了。

還先拿最著名的溫室氣體二氧化碳來說。我們知道，全球的碳儲庫在各個圈層間是高度平衡的。綠色植物靠CO2合成有機物，自此從大氣圈進入生物圈。有機物在生物間層層傳輸，死亡後，再繼續分解為無機的CO2。CO2可以溶於水固定下來，便從生物圈進入水圈，然後再通過灰岩的沉積作用進入岩石圈。多餘的二氧化碳在固定進岩石圈後，又被板塊構造帶回地球內部，而地球內部多餘的則在火山口噴出……長期以來，地球的碳循環早已經在各個圈層間達到了動態平衡。

OK，現在一個隕擊天體砸下來了。如果它砸進海洋里，巨大的能量將使得海水大量蒸發、使得灰岩大量分解，本來已經固定在水圈和岩石圈中的CO2將驟然溢出至大氣圈，遠遠超過了後者能夠承載的平衡限度，便形成了跟大火成岩省相似的功能——將地表環境超載成了大型溫室。

至於冷室效應么，隕擊同樣也能做到。不就是反射太陽光嗎？火山灰和硫酸氣溶膠能幹的事兒，隕擊時所濺向平流層的大量懸塵難道就幹不成？

隕擊事件能造成的所有危害，基本上也就這些了。為了更直觀地認知它們，接下來我且把撞擊分為五個級別，分別是划出一般火流星的級別、開始撞出顯著隕石坑的級別、PHO級別、造成生物絕滅的級別、以及初始大衝擊的級別。

隕擊事件的破壞級別

一、平時看到的火流星級別

如果一次火流星的視星等能夠比這兩天的金星再稍微大些，大概就能在地面上留下燃燒不完的隕石痕迹了（當然了也得看隕石成分，一般來說鐵隕石是最不容易燒完或者肢解的）。但這種情況下，隕擊物質一般很小。要問這些可能比鵝卵石還小的天體從小行星帶甚至柯伊伯帶飛來，然後掉到地球上砸中一個人的概率有多大…我覺得這個問題只能看人品了。至於別的危險嘛，可能還是有的吧。比如在夜觀星空時有幸看到這些火流星後，一激動把望遠鏡或者相機的三腳架踢倒了什麼的…..？此類事件，對於脆弱的光學儀器來說，也算是十分危險的吧。

危險係數：低。可能會對RP低到沒救的人、以及觀星時用到的儀器具有一定危險。

二、能在地表撞出顯著隕石坑的級別

體積再稍微大一點，比如直徑到幾米、甚至幾十米的小天體，產生的後果便開始慢慢凸顯了。離當下最近的一次，無疑是2013年俄羅斯車裡雅賓斯克的那次小行星撞擊事件了。據稱，產生這次撞擊的天體直徑大小在十幾米左右，相關的目擊視頻和描述在網路上都能很容易找到，很直觀便能感受到威力的大小。

現今地球上保存最好的隕坑地貌——美國的巴林傑隕石坑（Barringer Meteor Crater），可以算是人們了解隕擊的提一扇最直觀的窗口了。它的直徑約為1200米，最深可達170米。由於隕擊地點正好是美國西部寸草不生的沙漠，因此，可以形成完整的圓形隕擊坑，並在漫長的歷史長河中清晰地保存下來而不至於遭到植被覆蓋或者人為破壞。科學家估算造成該隕坑的衝擊物直徑可能在50米左右。

危險係數：高。有這麼兩個很直觀的例子，大家應該能夠直觀感受到十幾米到幾十米的隕擊事件是什麼程度的破壞力了。

三、 PHO級別

真正有現實意義的天體撞擊威脅從這個級別方才開始。所謂的PHO，即Potentially Hazardous Object，潛在威脅天體。根據美國國家空間協會（NSS, National Space Society）的定義，PHO天體的下限大約在直徑100m-150m左右，且離地球的最近距離小於0.05個天文單位（AU，1AU=7500000 km）。無論是砸在陸地上，還是衝進海洋里形成大海嘯，這個級別的破壞力，都足以對人類的現有生存空間造成區域性的毀滅效應。這個級別的天體，正好算是「數量不算少，危害不算小」，因此是各國相關機構的重點監測對象。所幸，近期的人類文明還沒有挨過一下子。

危險係數：甚高。一旦衝擊發生，人類文明將發生區域性毀滅效應，但還不至於讓全球的人類都活不下去。

四、足以造成生物大滅絕的級別

這個級別的隕擊所造成過的最大可能實例，便是我們熟悉的那次恐龍大滅絕了。

起初，人們只是在地層中發現了恐龍等化石的滅絕記錄。至於怎麼造成它們的滅絕，並不知道。上世紀八十年代，物理學家路易斯·阿爾瓦雷茨發現了在賦存著滅絕信息的地層中，銥（Ir）的含量要遠遠高於地表環境的正常值，甚至高出數十倍乃至數百倍之多。由於Ir是高度親鐵的，在行星分異中會隨著鐵一同沉至行星深處並富集於地核，因此這個現象可以完美解釋滅絕的誘因——於是，阿爾瓦雷茨便將鐵隕石帶入人們的視野。畢竟，地球自身的核不可能浮出地表，誰能向地表的沉積物中撒這麼多Ir呢？備選項自然只能是砸向地表的鐵隕石——這些曾經逝去的天外行星的地核了。

然而，隨著對白堊紀末滅絕的研究愈發深入，人們發現了更多的證據鏈。上世紀七十年代，在墨西哥希克蘇魯伯的一次油氣田勘探中，人們無意中發現了一個神秘的環形地貌。由於這個環狀地貌的發育時代正好是在6500萬年之前（恐龍滅絕的時代）；而且在環形區域中同時發現了只有衝擊事件能夠形成的超高壓物質，科學家們普遍認為，希克蘇魯伯隕坑很大可能就是造成白堊紀末大滅絕的那次天體撞擊的遺迹，該隕坑平均直徑約180公里，經過後來推算，認為是由一顆直徑50 km的隕擊物質造成的。

危險係數：極高。一旦這樣的天體砸下來，整個生物圈就等著用一次漂亮的滅絕來交卷吧，但是生物圈本身消失不了。畢竟每一次滅絕之後，生物圈總是會演化出更複雜的「新姿勢」的嘛。

五、太初大衝擊的級別

好了，我們把腦洞再放大一些，倘若現在砸向地球的是一個火星大小的天體怎麼辦？這可不是什麼「小行星」了，這次的對象，已經是個高度成熟的行星了。是的，這正是我們之前已經介紹過多次的太初大衝擊（Giant Impact），被科學家認為是46億年地球大歷史開端的第一幕。當時，一個名叫「忒伊亞」（Theia）的火星大小的原行星撞上了原始的地球，兩顆行星的外殼和地幔均被徹底炸裂，碎片迸向太空，最後融合成月球；而忒伊亞的星核則沉進地球深處與地核融合，形成一個更大的星球核心。

危險係數：討論危險係數已經沒有意義了。如果真的再來一次的話，生物圈應該會徹底消失（但地球還是會存活下來的）。倘若人類還不能成功地飛向宇宙，就只有自求多福了。

最後的開放性問題是：還能不能更大一點？如果飛來的天體是木星大小，甚至太陽大小呢（膨脹也算進來吧）？此時又會是什麼情形呢？

不妨用物理學家理查德·費曼的那句話作為結束語吧：「I gotta stop somewhere，I will leave you something to imagine.」

我就說到這兒。至於剩下的，就由你們來想像了。

編輯：Ent

來源：果殼

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