平流层中的臭氧层阻挡有害紫外辐射到达地球表面,伽马射线暴将消耗臭氧层,让紫外线辐射通过。来源:NASA

大规模灭绝总是与“厄运”和“阴暗”相联系,它总能牵动我们的思绪,拓展我们的想象空间。毕竟,“恐龙的灭绝或许由小行星撞击引起”这样的猜测,听起来是那么地具有传奇色彩。

但并非所有大规模灭绝都如此富有戏剧性,也不是所有罪魁祸首都如此容易识别。发生在4.5亿年前的奥陶纪大灭绝是地球五大历史事件之一,导致海洋物种数量急剧下降。证据表明,这一巨变发生在冰河时代,而伽马射线爆发是最有可能触发此次大规模灭绝事件的原因之一。

毁掉臭氧层,紫外线肆虐

伽马射线暴究竟怎样对地球生物产生致命威胁?

要弄清这一点,我们需要先来了解一下伽马射线暴。伽马射线暴是已知发生在宇宙中的最亮的电磁爆炸,它可以源于大质量恒星瓦解崩溃,也可以是两个中子星的碰撞。超新星则是由能向地球发出有害辐射的恒星爆炸形成的。

伽马射线暴和超新星通常可以在遥远的星系中观察到,但如果它们发生在离地球更近的地方,将有可能对地球生物造成巨大威胁。因为它们会破坏地球大气上部的臭氧层,使地球生命受到来自太阳的有害紫外线辐射的伤害。

根据美国华盛顿大学天体物理学家布莱恩·托马斯的说法,紫外线能穿透地球表面,我们在炎热或污染严重的日子里,通常被要求为了健康要待在室内,就是由于这个原因。

选择南极洲,构建新模型

地球大气上部的臭氧是保护层。那么,被认为对生物有害的低层地表臭氧,是否会因伽马射线暴而急剧增加呢?伽马射线暴对之后产生的地表臭氧会造成长期的威胁吗?

一篇发表在《太空生物学》杂志上的题为《与天体物理电离辐射相关联的地表臭氧事件带来额外的生物危害?》的文章,探讨了附近伽马射线暴或超新星对地球生命的影响。这项研究由美国国家航空航天局(NASA)天体生物学计划的生物学和进化生物学分部资助完成,参与该研究的托马斯和同事用大气模型来研究这种地表臭氧的状况及对生命的潜在影响,以模拟在南极发生伽马射线暴的特定情况。

为何选择南极作为研究对象?托马斯解释说,伽马射线暴可能在任何维度或时间发生,选择在南极,主要是为了考察消耗臭氧层较集中地区的情况。事实也是如此,辐射进入地球后会先集中到那里,而非全球均匀分布。

由于辐射在大气层中会产生化学变化,而大气传输的路径一般指向极地,导致这一地区受伽马射线暴的影响最大。其在南极的爆发与奥陶纪灭绝理论相符合。因为由此测量的灭绝率,与依赖纬度造成生物损伤的预测模型相匹配。

地表臭氧少,并非真威胁

托马斯和他的研究团队使用计算机模型,确定较低大气层中伽马射线暴辐射过的臭氧量大概在10ppb,这一含量会随季节变换。然而,至少30ppb臭氧量才会增加人类因呼吸衰竭带来的死亡风险;地表臭氧可能通过减少生成叶绿素或杀死细胞的方式损害植被。但研究人员再一次强调,至少30ppb臭氧量才能对植物产生威胁。

臭氧是水溶性的,这与奥陶纪大灭绝特别相关。因为那时的生物多是海洋生物,如果由伽马射线暴产生的所有10ppb臭氧都溶解在海洋中,它对一些细菌、鱼及水生生物的幼虫影响非常小,不会成为奥陶纪大规模灭绝的主要原因。因此,很显然,单独的伽马射线暴事件,不会导致因地表臭氧变化带来的致命威胁。即便如此,这种研究结果对理解地球大气层和地球生物是否因伽马射线暴或超新星而发生变化仍然至关重要——伽马射线暴会消耗大气层上部的臭氧层,使有害紫外线达到地面,从而对生命造成可怕的后果;但是,由它引起的地表臭氧不会对生命造成额外的伤害。

到底什么能导致大规模灭绝?了解其原因对于寻找宇宙中的生命有重要意义。如果发现了一个可宜居的行星,但其附近若发生了伽马射线暴或超新星爆发,其宜居程度就会降低。同样,寻找宇宙生命也要考虑遥远星球是否有因这个因素带来的生物灭绝的可能性。

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