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白垩纪末的铱异常:一厘米黏土里的外来金属

意大利古比奥的石灰岩崖壁上,白垩纪的浅色灰岩与古近纪的红色灰岩之间,夹着一层一厘米厚的黏土。这层黏土里的铱含量,比上下岩石高出几十倍,颜色也明显不同,用手一捻就散。

铱的浓度在界线层跳高几十倍

铱在地壳中极稀,普通灰岩里的含量在 0.1 纳克/克量级。界线黏土里可以升到几纳克/克以上,相对富集 10–100 倍,个别剖面更高,且在同一层内横向稳定,富集层只有一指厚;上下岩性差别明显,但界线仍要靠层内的东西确认。

铱富集不是撞击独有的。海水沉积极慢的硬底面上,铱会被慢慢吸附浓集,但那种富集层很薄、分布零散,不会在全球几十条剖面上同时出现,也不会伴生球粒,这类富集只在少数海区出现。

冲击石英与微球粒出现在同一层

同一层黏土里能找到带微页理的冲击石英,一组到三组平行的页理,肉眼看不见,要在显微镜下转标本才能数出来。石英颗粒多在 0.1–0.5 毫米,边缘常有熔蚀,页理方向可用费氏台测。

还有球形颗粒,直径 0.1–1 毫米,有的已经蚀变成黏土。球粒是熔融物快速冷却的产物,海水淬火才能成形,风成与火山成因做不出这种形态组合,含量可达每克数百颗,镜下呈黑色或透明两种。

三层证据要在同一条剖面上对齐

铱异常、冲击石英、微球粒三样必须落在同一层位,才有说服力。单一指标都能找到替代解释,三者同层则把解释空间压得很小,这也是当年结论被接受的原因。

西班牙、丹麦、突尼斯的几条剖面都满足这个条件,层位相差不到几厘米。全球对比靠的是这层黏土的等时性,它由撞击后的尘降形成,几天到几个月就落完,不受水深影响,粒径分布也能佐证。

黏土层的厚度给出了沉降时间

界线黏土厚 1–5 厘米,最薄处不足 1 厘米,按远洋沉积速率推算,堆积时间在几千年量级。这么短的时间里完成全球性尘降与生物崩溃,用火山或海退解释都很吃力,时间尺度对不上,这一点在全球对比里很关键。

白垩纪末海生种消失约 76%,陆生的非鸟恐龙也在同一层位之上消失。海陆同时,是这条界线最特殊的地方,其他几次大灭绝很少有这样整齐的海陆对应,这也是它最常被引用的原因。

关键数据

下列数值取自意大利、丹麦与突尼斯的剖面,铱的绝对值随沉积速率变化较大。

  • 界线年龄约 66 百万年前
  • 铱富集 10–100 倍
  • 界线黏土厚度 1–5 厘米
  • 冲击石英颗粒 0.1–0.5 毫米
  • 微球粒直径 0.1–1 毫米
  • 石英中微页理 1–3 组
  • 海生种消失约 76%
  • 背景灰岩铱含量 0.1 纳克/克量级

硬底面上的铱富集可以没有撞击

深海沉积速率降到每千年几毫米时,铱的供给虽然少,浓度却会升高。判据要加两条:富集层是否连续、是否伴随球粒与冲击石英,缺一条就只能存疑,两条都缺则不能定案。

另一个问题是再沉积。界线黏土松软,容易被上覆沉积物冲刷、混入,采到的样品若含上覆物质,铱含量会被稀释,异常幅度被低估,取样时要先刮去表面,单点采样不够。

参考文献

  • Alvarez, L. W. et al. Extraterrestrial cause for the Cretaceous-Tertiary extinction. Science, 1980, 208: 1095–1108.
  • Schulte, P. et al. The Chicxulub asteroid impact and mass extinction at the Cretaceous-Paleogene boundary. Science, 2010, 327: 1214–1218.
  • Gradstein, F. M. et al. Geologic Time Scale 2020. Elsevier, 2020.
  • 中国科学院地质与地球物理研究所. 地球化学学科介绍(igg.cas.cn),检索日期 2026-11-08。
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文章名称:白垩纪末的铱异常:一厘米黏土里的外来金属
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