2009年10月14日 星期三

大滅絕讀書摘要

大滅絕-尋找一個消失的年代 作者:許靖華

第一章 學海疑雲


從地球上的物種談起,從恐龍化石出土談起達爾文的進化論,按照達爾文認為恐龍的滅絕是因為恐龍失去了生存競爭的能力。馬爾薩斯的「人口論」中的學說影響了達爾文,因此達爾文則根據對動植物的生活習性長期不斷的觀察,發現了適者才能生存,不適者淘汰的概念,最後則產生新的種。然而達爾文物競天擇的思想在社會中大行其道且被濫用。然而在科學上則有科學家會問及這適者生存說是否為一種自然的法則。對這種理論的檢驗是非常重要的,而對一種理論最強而有力的檢驗是他的預見性。

然而地質紀錄中,卻反映了兩種不同的演化速率。有一段則是平靜的時期;在這段時間內,多數的物種保持不變,演化所形成的新物種和和滅絕的物種數量達到平衡的時期。但是也有些時期,物種的形成速度及快,或者是生物滅絕更快。

當地曾記錄中存在著大規模的生物滅絕事件,這將發現了有趣的關係。然而環境急速的變化,將加速生物滅絕的速率,這必然的讓生物滅絕速率超過了物種行程的速度。任何生物通過演化來適應環境的變化在時間上是有限的。

而且這些事件並不是同時的發生。作者認為應該要探究的是生物與其環境之間的相互作用,而不是生存競爭。適應能力是判斷倖存者的標準,雖然在短暫的災害或許可以讓哪些預測的物種保留下來,但是如果環境發生了極端的災難性變化的時候,是否可以同樣的預測什麼物種保留下來呢?很明顯的不可能。

那如果多數物種的滅絕是災變造成的,決定生死存亡的是機遇而不是優越性,作者判斷的結果則認為天擇說並不是科學,只不過是一種社會偏見。

第二章 滄海桑田

中國人的成語「滄海桑田」說明了事過境遷,周圍環境巨大的變化。但是它卻道盡了地質學的精髓。

對於自然界時間不算什麼,然而時間在自然界則成造成了許多改變。然而在西方基督教認為地球的歷史是在西元前四千零四年十月二十六日的上午九時開始,這似乎與地質學上完全不吻合的。
十八世紀時,許多地質學家對於地質時間還不是很了解。法國植物學(生物學)教授拉馬克提到時間對自然界雖然不算什麼,但是從大尺度的時間來看的話則影響很大。蘇格蘭醫生赫頓發現古老的岩石的侵蝕和新的岩石的形成是重複不停的。因此如果要了解地質時間,則要跳脫人們生活當中所用的時間尺度。

拉馬克和赫頓為科學哲學「漸變論」的奠基人,他們認為世界的一切變化都是在不知不覺的時候進行作用著,因此他們認為如果這種漸變性是自然科學本質的核心,也可說是自然法則。

然而居維業研究巴黎塞納河的許多哺乳動物的化石,發現了這些化石和現代生物的特徵不是很相同,且也認為所採的化石的地層位在現在沉積層的下部岩層,因此認為這些化石的生存年代應該是更早的時期。之後他在巴黎盆地中找到恐龍化石,因此他將盆地中四個不同時代的動物群分為四類,他們為恐龍、滅絕哺乳類、乳狀牙象、以及現代陸生動物。

然而這些古老的生命似乎和宗教所提出的年代非常的不吻合。以埃及為例,埃及為創世紀後不久建立的國家,但埃及古墓中的植物和木乃伊似乎和現代沒有多大的不同,因此在短時間內原始物種應該不會發生巨大的變化。因此在巴黎盆地所找到的古生物化石為「創世紀」以前的生物,而且必定遭到了災變事件的破壞。居維業這虔誠的宗教信徒認為這災變事件不受到上帝創造生命以來的哪些自然規律所控制。居維也想像這些革命性的改變是非常的巨大的,「其破壞了自然作用的連續性和過程,沒有一種當代的自然力量足以完成這事件」,這就是災變說。

這些生物學上的災變論和漸變論和地質學的水火爭論則是有相同之處。認為水成論者說明了聖經上提到的災變帶來的洪水解釋岩石的成因。火成論則認為岩石是經過火山噴發出來形成的,依正在進行的正常過程皆是地質構造。

作者提到法國南部的普羅旺斯地區石灰岩到處都是介殼類的海相化石。然而這現象在十七世紀的許多學者都受到了宗教的影響而認為這些海相化石位挪亞洪水所造成的,例如伯內特、伍德沃德等。

而當時則由魏爾納,他認為岩石都是在海洋下沉積的。因此他認為有一陳繼續列,最初的為結晶岩類,稱為原始系;隨其沉積的是過度系,主要有板岩、泥岩硬砂岩;覆蓋在其上的是灰岩、白堊、頁岩、石膏煤層;覆蓋在上的則是礫石、砂石和粘土。

後來因為玄武岩的出現,魏爾納的水成論的失敗。法國奧弗涅的博物學家德斯馬雷特發現所在地區附近有許多玄武岩,而這些玄武岩都有許多氣泡,因此其認為是熔岩未固結而形成的特殊構造,他認為玄武岩為火山岩,因此其後續的最隨者則稱他為火成論者。

到了十九世紀,站在最前線的漸變論者為萊伊爾,當時萊伊爾在牛津大學就讀時修了神學家兼地質學家布蘭克的礦物學,布蘭克為水成論者,因此和居維業一樣認為古代的動物骨骼為創世紀前的遺跡。

後來萊伊爾到巴黎游歷時,後來和普里伏斯特這漸變論者。普里伏斯特研究過巴黎盆地地層,他認為正常過程的時間累積可以引起環境巨大變化。

受到了普里伏斯特的影響,萊伊爾在蘇格蘭肯諾迪莊園內的巴克灣發現現代的石灰岩,和巴黎盆地的古代石灰岩比較發現兩者為一樣,因此認為遠古和現今地質作用完全相同。但是在漸變論中赫頓認為沉積物受到地質作用的抬升而行成新的岩石,以彌補繼續被侵蝕而損失的岩石。但是他卻認為地質歷史上的作用和現代沒有不同,在狀態和速率上整個地質歷史沒有發生變化。

然而地質作用則抱括了許許多多的內外營力,也造成了萊伊爾的思想受到挑戰。萊伊爾的老師布克蘭告訴他說其所居住地兩公里處有壯觀的冰磧物。因此歐洲和北美大陸曾經有冰川的存在,在氣候上本就不應該有冰川的存在。

然而古生物化石和現代種屬化石則困擾了萊伊爾許久。最初居維業對巴黎盆地地層老到新的則是根據地層疊伏原理,因此在年代上是否為連續,或中間有間斷者都難以確認為同類型。

後來十九世紀前的英國測量人員史密斯認為化石可以作為確認地層年代的工具。只是史密斯沒有對地層進行正式的分類。後來萊伊爾則對地層進行分類,者分類則是利用化石群種屬的相似程度來推斷地層年代。地層可分為始新世、中新世、上新世,後來在加入了古新世和漸新世以及全新世。後來地質學家和古生物學家發現的化石而逐一的歸類地層的相對年代。

且在一九五零年代地質學家不僅要受到萊伊爾德均變說的約束,而且也要受到地質時間表的約束。

作者在畢業之後觀察到布拉佐河春汛來的時候沉積著大量的粗沙,和平時平靜的小溪所攜帶的細砂不太一樣。另一方面則是佛羅里達珊瑚礁內的巨礫,浪潮搬不動的,但是颶風卻有能力使浪潮將其搬運。因此萊伊爾的「現代作用」不僅是正常作用,偶發性的災害也是可能的。作者也發現了文杜拉盆地含砂層中含有許多細小的生物介殼,認為是一個深海盆地,含有粗砂的原因是由在變形的水流將其帶到深海。另一點則是作者和同事在地中海之五千公尺下發現厚層的岩鹽,因此不符合萊伊爾的教條。

作者也提到魏格納提出的大陸「飄移」說,後來演進到板塊構造理論,且版塊構造理論也是要到魏格納所提出來的五十年後方被接受。另一個地質學家布里茲想利用災變的觀點來解釋美國西部不毛之地,他花多年時間研究的崎嶇地形被認為是一次災變性洪水所造成的,最初提出來的時候受到多數人的不承認。

萊伊爾所提出的教條並沒有區分不可能的現象或不大可能的現象,不可能的現象是違背自然規律的現象;而不可能的現象則是指一些不常發生的事件。

然而達爾文受到了萊伊爾的漸變論影響,而採用了緩慢的漸近作用解釋生物界的演化。恐龍在白堊紀後期大規模滅絕的時間萊伊爾也有發現這點,而假設白堊紀晚期到始新世化石記錄存在著間斷。中生代末期所有生物物種有七十%沒有再出現於化石紀錄中。

第三章 古鎮揭祕

一九五三年作者和原籍德國的思騰策爾博士到東德的抵制旅行中談到白堊紀-第三紀界線的爭論作為話題。

首先提到萊伊爾把荷蘭的馬斯特里奇鎮附近的白堊層歸類為白堊紀最後一個地質時期,瑞士人德索則在一八四六年的時候到哥本哈根南岸進行地質考察。因發現白堊層和頂部的石灰岩中間有一層安瑟的薄層黏土(稱為魚黏土),而這些黏土的成因來源主要是大陸和外太空的細顆粒物質。

主要是因為德索將白堊層、魚黏土層和上部的石灰岩層都歸類在達寧期。因此魚黏土之下白堊層中有發現了許多中生代達寧期的古生物,但是在魚黏土上部的石灰岩則沒有發現。因為德索在地層分類上只分類到屬因此則將兩個不同時期的地層分為一塊。然而生無發生巨大變化的時期則是在馬斯特里奇期晚期到達寧期早間的魚黏土。最後則將恐龍滅絕的時代放在達寧期,菊石的年代放在馬斯特里奇期。

斯騰策爾認為華視的保存確實和機遇有關係,歷史上存在過的古生物只有少數的留下印記,然而微體化石的紀錄卻非常的完整。每一平方公分的深海沉積物中包含了成千上萬的有孔蟲(foraminifera, 一種單細胞生物)骨骸。而和斯騰策爾博士共事的奧斯丁低至調查局的局長普露梅在一九三一年發現了這種化石的一個現象。在馬斯特里奇期的末期,有孔蟲球截蟲屬(Globotruncana)屬所有的種全部滅絕。達寧期早期沉積物中則含有全新的有孔蟲組合。

有孔蟲首先是由古生物學家奧爾畢尼首先發現的。有孔蟲為一種單細胞生物可分為浮游性的和底棲性的。有孔蟲個體不大,大的可達五公分,但大多小於一公釐。個體較大的有孔蟲多屬於底棲性的有孔蟲。有孔蟲化石在早前寒武紀舊已經發現,但是底棲性的貨幣蟲(Nummulites)卻只出現在第三紀的地層,因此貨幣虫為第三紀的地層。

因此在一九六零年當時中已經有很好的種屬分類,貝爾格倫為了比對採集了世界許多地區的標本,所得到的結果在國際地質年會中報中提到了丹麥和斯堪地納維亞的馬斯特里奇期當中並沒有包含第三紀浮游性有孔蟲。

這兩個時代的地層中,沒有發現有孔蟲的為魚黏土,因為貝爾格爾受到萊伊爾的影響而認為這是有孔蟲在演化中的缺失。最後這些證據則要等到放射性訂年才得以確認。

然而為了找到這缺失的答案,許多地質學家到義大利的古比奧,這中世紀古老的城鎮有稱為「紅色鈣質頁岩」的沉積序列。這些鈣質頁岩為特提斯海的沉積物,這海為地中海及其東面的黑海、裏海、地中海的前身。現今這海經過造山運動而形成現在的亞平寧山脈。然而後來則有兩位古生物學家普茉莉-席爾瓦和魯特巴赫在亞平寧山中生代到新生代的界線中的黏土找到了個體微小的古抱球蟲,因此化石間斷的紀錄則開始受到質疑。而因此連續這種連續性的紀錄在時間上的尺度是如何的呢?有者使用季候泥來作為判斷沉積紀錄。

測量地質事件的則利用放射性訂年方法,而這種技術的突破則是指屬於同一元素,質子數和電子數相同但是中子數不等。礦物在幾經過程中可能被結合進去,因此隨著時間放射性元素產生的衰變物質而造成了這兩者之間的比,最後得以推估年代。問題還沒有解決的是白堊紀末期恐龍和浮游生物是否為同事滅絕呢?

第四章 地磁年代

C-29-R為磁性地層重要的代號,作為限制地層極為重要的方法,其中作者提到首次了解地磁是英國籍的康朗研究岩石中的天然殘磁,這對地質學制定定年的研究非常的重要。這也是中生代結束的標誌。

首先一九零九年地球物理學家布容研究法國中部玄武岩流的天然殘磁,多數樣品和預期結果相符,但是有小部分的樣品為反向,這小部分的樣品都指向南。

二十年後,松山基範對日本的火山岩進行類似測量。也發現了這種異常,且多在年紀較老的玄武岩中,著罕布容觀察到的類似,後來他突發奇想的人為地球的磁極曾經倒轉過。當時康朗也提到松山的設想,且如果設想沒有錯的話,那這是對地質科學非常好的測年工具。

當時地質學界都認為松山異想天開。後來放射性訂年開始成熟之後,證明了松山的推測是正確的。那地球磁場的成因為何呢?是不是地球核心象一部巨大的發電機?經過科學家的計算,地球液態的核心的隨機運動與大氣氣旋踵的紊流非常相似。只要達到臨界的條件,就可能引起地磁倒轉,而地磁倒轉是正常的物理現象,並不是什麼超自然的奇跡。

五十年代末期斯克利普斯海洋研究所的地球物理學家拉芙和瓦克奎爾調查太平洋底的剩餘殘磁,經過繪圖之後發現了地磁場強度呈現規律的分布,發現強磁性和弱磁性的條帶相間排列著。兩者不得其解,後來這問題則是當時在劍橋大學念研究所的瓦因找到了答案

瓦因主要是受到魏格納的大陸飄移說以及海斯提出的海底擴張觀點,瓦因綜觀這兩者看法認為大陸之間的海底發生擴張,大陸也會隨之移動。海地擴張皺會噴發出大量玄武岩熔岩, 而因此也記錄了當時的磁場強度。

作著後續參與了海洋鑽探的計畫,首先是要驗證瓦因的預測,最後則是非常的吻合。後續則驗證海底沉積物從向序列中根據化石帶放射性訂年推導出來的年代是否一致。然而沉積岩比火山岩更更難的紀錄剩餘的殘磁,而卻取樣的技術得要改進,如果不能從海洋底部獲得完整而沒有擾亂的鑽探樣品的話,是無法得到好的結果的。之後一九八零年代作者再次到南大西洋研究海底年代學,後來發現沉積天然殘磁確定的極性期和洋底極性期之間,是完全可以比對的。

恐龍是否和有孔蟲滅絕同樣的迅速呢,這問題還未解決,但是恐龍所留下來的骨骸不多,且在地質學上不到一百萬的時間為「短暫的」。

而白堊紀末期大規模的生物滅絕事件才是我們關注的議題,那是否是C-29-R發生了大規模的滅絕事件呢?後來陸續有許多研究證實了許多生物都在C-29-R法政滅絕事件,然而磁性
地層學的研究也對萊伊爾和達爾文提到的沉積紀錄中斷帶來了重大的打擊。許多的生命形式都是在六千五百萬年前同時得在全球範圍內滅絕。

第五章 滅絕之謎

生物滅絕這事實,不被人們所接受,就不用說是大規模的生物滅絕了。十八世紀林奈這生物學者認為「種」是上帝在洪荒時代創造的基本實體。然而後來發現雜雜交可以產生新的物種而將分類系統最根本的種再劃分為一個「屬」。在一七五三年後,以知的物種已經有兩百萬估計值為三千多萬。

拉馬克時期信奉上帝的教條認為滅絕的剩五都是上帝有意摧毀的生物,或者是在洪水時期某種原因而沒有上船的族類。

年輕的萊伊爾信奉漸變論,不接受古代世界曾經為其他生物所主宰的思想。當時居維業在巴黎盆地發現了四種不同時期的物種分帶,賴伊爾認為是因為那些已經滅絕的後代會在遙遠的地方發現。但是這樣的想法終究是破滅的,因為恐龍確實是在白堊紀之後就消失了,且在地層當中找到的恐龍骨骼都不是在白堊紀之後找到的。問題是說即是發現了尼斯湖水怪,那也不能解釋大規模的滅絕事件。

後來拉馬克發現介殼化石和現在的介殼略有不同,但是卻有相似之處。因此拉瑪克認為物種並非靜態的,而是經過了多代的變異的日積月累造成和祖先之間的差異。某些化石群的演化相當清晰,因此拉馬克排出了從古到今的演化序列。

這種演化序列稱為生物演化譜系,較老的物種並沒有滅絕而是逐漸演變成新的物種而已。雖然物種已經改變,但是譜系則沒有中斷,然而漸變論和進化論都是原創論者引用來作為教條辯護的理論,以藉助漸進演化說來支持種數不變的論點。

野生生物中的假滅絕是有的,例如馴化的家畜,但是真滅絕的歷史更多,恐龍和其他的巨型爬蟲類滅絕了,許多恐龍都沒有變成現代的生物。恐龍滅絕後遺留下來的小生境則被哺乳類所取代。

從化石計算中的種數從六億年到現今種數相當穩定。任一時期的「種」數則是古生物學家的「歧異度」。由於時間跨度不一樣,因此在各個不同的紀和紀或世寒世的生物歧異度有所不同。這好比說奧陶紀是志留紀時間的兩倍,因此所發現的種數也是兩倍,如果以相同一百萬年為單位作為計算,這兩者的物種歧異度幾乎一致。

另外則是地質紀錄中保存的沉積物的體積。因為造山運動的關係而造成地層紀錄被侵蝕,因此達到的結果這是新生代的沉積體積比白堊紀沉積的體積多兩倍。後來經過勞普的統計在一九七六年的時候得到了讓人意外的結論;保存最好的化石紀錄-海相無脊椎動物的物種歧異度在過去六億年中都非常的穩定。

生物種數在宏觀上的穩定是由於大滅絕之後快速的復元,古生代、中生代、新生代的劃分是根據生物面貌出現巨大的變化。在每一個地質時代的末期種數的歧異度都大幅的減少。白堊紀晚期的二千八百六十二個屬和第三紀早期的一千五百零二屬,這顯示了白堊紀晚期後有一般的屬滅絕。但是這卻不保括產生新的屬在內,因此滅絕的屬或許更多。

碧珂蘭統計丹麥海相生物化石,犯上了錯誤,他提出的淺海底棲動物的歧異度在馬斯特里奇期和達寧期都有五百多個屬,這一不顯著的界線上下一致,理論上史上下演化停頓。但是碧珂蘭在一九八一年的時候送交美國地質學會的一篇論文中,提供了不同的統計結果。她的統計中發現所有所研究的唇口齒目苔蘚蟲在尼克洛夫組中突然的消失,被一個移居群落所取代。八成的白堊紀種群再也沒有出現。碧珂蘭解釋為種突然的滅絕,這說法讓許多人難以接受。

其中有一個西班牙的古生物學者的研究則顯示了菊石在白堊紀的阿爾必期的菊石有一百五十多個種屬,而在馬斯特里奇期的頂部則只有三個種屬,而他認為這是最後三個種數慘遭滅絕,主要是因為菊石生活了很長的一段時間而衰敗的過程。然而珂碧蘭只考慮到丹麥的海相菊石化石。如果他。究的馬斯特里奇期的海相沉積物和阿爾必期的沉積物一樣廣泛的話,就一定會發現更多的的馬斯特里奇的菊石。

問題是在採樣上的偏差,所分析出來的結果是有問題的,如果考慮到中生代末期的時候後北美和歐洲經歷了海退,淺海大規模的往後撤退,這樣的話則造成了沉積物的減少,因此發現菊石的機會變少了。南極剛好相反,當時為海進,而在南及大陸的沉積物的分布比更老的白堊紀地層來得多,後來經過一個阿根廷的科學家提出,當中生代突然終結的時候菊石的歧異度是增加。

漸變論者認為種屬的滅絕是日漸衰弱而不是突然滅絕的。但是這說法卻有不妥的地方,作者提出了蟑螂等生物存活的時間非常的久,卻沒有失去活力,在這樣看來生物屬的壽命是沒有限制的。
另外一方面則是碧珂蘭所研究的特殊菊石屬,其實是古老的菊石世系,已經生活了幾百萬年,幾乎沒有發生任何的變化。因此問題很明顯的不是這菊石失去了活力,而是「為什麼突然滅絕」。

後來珂碧蘭的同事蘇克利研究尼克洛夫腕足類,後來他強調了馬斯特里奇期和達寧期的腕足類確是經歷過一次大滅絕。而全新的種族是從少部分倖存者出來的,滅絕的的情況和古比奧德有孔蟲類似。

而且他也提到腕足類在滅絕之前並沒有看到任何漸變的跡象,在沉積層的這層黏土不到五十萬年中,腕足類有四分之三的種一下子滅絕了。每七百萬年就有四分之三的軟體動物種滅絕的速度的話,那魚黏土的所代表的時間長度為五十萬年而已,那麼那些軟體動物的滅絕速度將相當於正常速度的二十倍。

那些漸變論的學者為了要保存物種不變性而將「屬」作為比較的基準。如果提高到屬和種的話,所分到的級別越高,這將掩蓋了大規模滅絕的問題,例如說將綱作為分類單位的話,那麼恐龍的滅絕也看不出來了,因為爬蟲類依然存在。然而找不到任何的資料來說明那些大量、健康的有孔蟲、苔蘚蟲突然消失。

雖然統計數字並不能說明這些種群的滅亡,但是這種絕滅的規模是非常巨大的。
結論是全球範圍的災難入然降臨,不管是陸地還是海洋的生物群類都在中生代末期大量的絕滅。

然而這種恐龍大量死亡的原因為何呢?大部分的學者提出的是和氣候有關係的論點,有者則提出食草性的恐龍吃了大量含有單寧酸而死亡。但是滅絕的不只是食草性的恐龍而已,其他物種,甚至是植物也滅絕了。另一種說法則有恐龍滅絕是死於飢荒。

然而在一九六四年的時候布拉姆特證實,白堊紀末期超微化石浮游生物也曾發生大規模的滅絕。而超微富有生物突然的滅絕將會影響食物鍊,如果超微化石突然減少的話將會造成食物鏈的崩潰。那超微化石突然減少的原因為何呢?主要是因為缺乏營養鹽,這些營養鹽都是土壤細菌合成的,可能是河流乾涸,就是海洋停止流動,或者是土壤細菌的消失。另一方面則是恐龍為陸生動物,超微化石的減少應該也不會影響到恐龍的滅絕。

然而最後對於恐龍的滅亡眾說紛紜。溫度升溫和溫度嚴寒造成生物無大規模滅絕則成了討論的話題,最後只能借助了六千五百萬年前的氣候作為研究,在熱殺手還是冷殺手這兩種可能性之間爭論不休。

第六章 深海求證

古代氣候是如何判定的呢,古氣候則是利用生態學來研究氣候和化石的關係,但是這方法不能提供數字性的描述。

然而麥克林提出溫室理論解釋恐龍滅絕的時候利用了古溫計來進行測量。這種古溫計是從放射性訂年發展出來的,主要是利用較輕的氧-16和較重的氧-18的比值來看。

利用的是石灰岩碳酸鈣來推測水體當時的氧-16和氧-18的比。當氧-18含量偏高則代表了低溫的時代。當時使用箭石做為標準物質,因為箭石保存很好。

地理學家兼地形學家彭克將德國巴伐利亞冰期的劃分為恭茲冰期、明德冰期、里斯冰期、玉木冰期。而北美則有不同的名稱。後來科學家陸陸續續發現了很多河階地,最後則保留提出了里斯I、里斯II不等的「亞冰期」。

的國考察船在大西洋的岩心中找到麥氏有孔蟲,這種有孔蟲生活在熱帶海域,岩芯中段則沒有發現這種有孔蟲,被認為是當時處在玉木冰期沉積的年代。當時的技術有限,能夠採到的樣品有限。

而寒冷的時期是導致麥氏有孔蟲的消失或者是因為冷期冰川擴張帶來了大量的營養鹽,而營養鹽則讓麥氏有孔蟲大量的繁殖,然而這兩種說法必須要有第三種方法來作為驗證。

艾密連涅是有孔蟲化石的專家,原本在芝加哥大學工作,後來轉到邁阿密大學,當是美國國家科學院正在研究氣候變化的歷史和成因,因此有多所大學的和研究中心組成了勒LOCO委員會。隨後再改組成JOIDES。主要是鑽探長岩芯的計畫。

後來在一九六八年墨西哥灣第一期深海鑽探計畫。所得到的岩芯將浮游和底棲有孔蟲分開,在經過同位素分析後最後得到的結果為溫度下降了攝氏五度左右。因為樣品的代表的年代較長,且樣品不多。

後來有一種微量同位素分析的方法發展出來之後,可以得到時間較短的氣溫變化訊息。而當時的有孔蟲進行微量同位素的分析之後發現白堊紀之後稅文又突然升高的情況。
那什麼事情的以讓海水溫度升高呢?德勞本菲爾德在「古生物學刊」所提到的溫度升高,造成生物死亡,然而他認為是一次巨大的隕石撞擊到地球而引起的。
但是這假說還是需要有證據作為驗證。

第七章 死神天降

此章主要是提到了提到了隕石撞擊到西伯利亞的通古斯事件,後續就有相關研究,對於隕石或者石質的星體撞擊地球,進而是彗星撞上地球,而彗星級的星體撞擊地球的頻率較少。

另外則是發現了第三紀沉積的超微浮游生物Braarudopsphaera的奇異狀況,這種超微浮游生物出現在鹽度異常高或異常低的水體當中以及在水中的氧-18變少。

另一方面在古比奧黏土界線當中發現了痕量元素(trace element),這似乎只吃了白堊紀末期的災變是一顆爆炸的星體引起的。

後來作者整理文獻,開始寫作。其主要內容為環境變化如此巨大這是為何?彗星撞擊地球的頻率統計,以及環境污染而造成食物鏈崩壞。

最後許多研究者和科學家的想法越來越接近,似乎認為白堊紀生物大滅絕是受到星體撞擊而造成的。

第八章 中子神探

此章提到中子活化技術可以檢驗兆分之一的痕量元素,因此是一個很好的檢驗工具。使用者技術於在白惡紀末起的魚黏土中的痕量元素(trace element)的量突然變多。以一般宇宙所提供到地球沉積的宇宙塵埃非常微量的,因此在沉積的過程中含量非常少,後來在一些地區界限黏土中發現銥比正常的量來得多。除了銥以外其他的親鐵元素也很多,例如:鐵、鉑、鎳、鈷的含量,最後也發現含量較多的現象。

然而要確定白堊紀末期恐龍滅絕時期除了恐龍的化石喔以外則還可以透過花粉化石。因此界限可以容易找到所在的位置。

加拿大古沖積平原中的地層中的年代界限也發現了銥異常,這主要反駁了一些科學家認為是海洋化學變化引起的問題。

而且在古地磁年代C-29-R這反向地磁年代證實這些銥異常為磁極反向時期。
因此可以確定的是在白堊紀末期星體撞擊地球,那到底是多大的星體呢?後來許多的科學家認為星體撞擊到地球應該留下撞擊坑,那坑洞在哪呢?

第九章 暗無天日

那到底是哪種隕星撞擊到地球呢?到底是一顆小行星還是彗星呢?這是必須解決的問題。

後來為了要解決這問題,科學家先後召開了四次的討論會,其中有科學家提到說隕星撞擊到地球後激發的粉塵漂浮在空中,且瀰漫在空中。而這些塵埃遮擋了陽光而造成行光合作用的生物無法作用,最後造成生物鏈的崩解。

而且科學家們在召開的討論會中提到撞擊到地球的為,撞擊所產生的塵埃是否讓行光合作用的生物死亡呢?然而這似乎無法說明在滅絕的時候,有的生物滅絕而有的生物則存活了下來。

幾個月的漫無天日將植物世界摧殘,主要是利用孢粉的含量來作為判斷,發現界限上下的孢粉含量在面貌上有極大的變化。下界的蕨類植物的孢子佔孢粉類的五%,而上界的則佔了九十%。後來經過現在火山噴發摧毀森林,發現了的森林大片的快速死去,之後長出了蕨類植物、或是菇類,有科學家認為當時撞擊而發生了大片的森林大火,後來燒剩下樹木長出了一些蕨類植物。

這種黑暗似乎解釋了植物在白堊紀末期變化情況,但是如果黑暗只是幾個月的話,草料應該足夠給予草食性的動物,而肉食性動物應該也足以維持,恐龍的絕滅如果歸咎於飢餓這似乎過於牽強。

第十章 劫後餘生

如果浮游生物的繁殖能力很低,紅黏土將會出現在海底深度四千公尺的位置,繁殖旺盛則會出現在海底深度五千公尺深處。分開白色鈣質\軟泥和紅黏土的稱為方解石補償深度(CCD)。CCD上下是說明了沉澱和溶解的鈣質骨骼量是否達到平衡。

後來作者提到有科學家認為方解石補償深度從四點五公里的正常深度在白堊紀末期的時候上升到幾百公尺。

後來作者參與了多次的深海鑽探計畫,在第四次參與的深海鑽探計畫中所發現了白堊紀末期到早第三紀早期的界限。然而在第三紀早期化石帶NP-1前的厚度大於3公尺,這提供了界限上下生物變化的關係。後來也在界限處中找到銥濃度、碳濃度和氧濃度異常的現象。然而也發現到界限黏土中有第三紀的標準化石,但是卻在其中找到了下伏的90%與白堊紀群種一樣。這樣的結果則顯示了白堊紀許多超微化石經過了災變後持續的生活著。然而也有科學家發現了超微化石突然消失的證據。

因此在白堊紀末期引起大規模的死亡,沒有引起即時滅絕。但是很矛盾的卻是災變後的生物滅絕似乎沒有那麼快速的。

第十一章 死劫海洋

白堊紀末期和第三紀早期的沉積物為白堊或是石灰岩,中間邊界所含的黏土比石灰岩來得多,這也顯示了白堊紀末期海水的二氧化碳非常的高。這種海水將浮游生物的骨骸溶解最後殘餘堆積成為界限。

如果從另外一個角度來看的話,邊界中石灰岩的量較少是因為活著的浮游生物太少,造成不足以供應的情況。

碳同位素可以用來檢驗古浮游生物的繁殖力。而碳同位素主要是以碳-12和碳-13的比值,這主要是進行光合作用的浮游性生物優先攝取碳-12,因此碳-12 會比談-13少。如果古代浮游性生物非常的多,後來發現冰期浮游生物繁殖力旺盛。

因此如果海洋中的浮游生物滅絕的話,碳-13的值應該沒有多大的改變。如果黏土中浮游生物很少,這可能是因為當時滅絕大陸搬來的有機碎屑發生了氧化作用,碳酸增加而增加了近岸海水的溶蝕力。

另一方面白堊紀末期和第三紀早期的沉積物為白堊或是石灰岩,但是中間界限則是黑色的。主要是因為缺氧的關係,這成因可能是因為死劫的陸地帶到海洋的有機質發生腐解,將水內的氧氣消耗掉。

浮游生物大規模死亡,說明了第三紀早期海洋受到了污染,造成浮游生物不利的生長環境。

第十二章 酸雨滂沱

當地球進入幾個月的黑暗時期,生物大規模死亡。後來大地重見天日之後,少量的浮游生物無法消耗溶解的二氧化碳,造成碳酸聚集,酸雨和陸地帶來硝酸。最後許多大洋的pH值為七點五,漸漸的浮游生物的繁殖能力越來越低。然而分泌矽質骨格的浮游生物則可以持續的繁殖是因為不受到影響。

此外溫度突然的變化似乎也也影響了滅絕,例如爬蟲類性別主要是受到孵化溫度的影響,而不是染色體。因此溫度可能造成同個性別的出現,影響了繁殖的問題。生物滅絕的原因都不太一樣,大規模的生物滅絕為自然變化劇烈的結果,這種變化並不是任一生物所造成的。

第十三章 演化之道

作者提出了達爾文的進化論影響了世界。因此達爾文認為自然的選擇會改善生物適應能力。有的生物學家對古生物學家、地質學家認為的恐龍滅絕和哺乳動物競爭沒有關係是抱著懷疑的態度。

然而有的科學家還是認為適者生存的道理是可以檢驗的,是不是因為氣候變冷的時候有的生物的身體禦寒的結構改變,但是如果災難來的實在太快,生物身體禦寒的結構是否可以立即改變就不得而知了。

環境變化是反覆無常的,然而生物對於適應或者不適應就沒有意義了。因為環境變化或者氣候都可能是急速改變的。然而我們並不能進行科學實驗來重演地質事件。

如果地球持續的被星體碰撞,演化的趨勢也無法預測。然而生命演化再歷史上似乎沒有一種新生物種摧殘另外的生物種,然而卻是如果某些生物種的滅絕而其他的生物也將會被牽連。

生物演化反映的並不是優越性物種的問題,而是物種生命形式在演化的過程當中是串串相連的。因此作者認為生物演化是存在且可能是跳躍性的,但是卻和物種的優越性沒有任何的關係。

2009年6月22日 星期一

三、使用Matlab進行分析

(2)使用ttest(t-檢定)

使用第一段和第二段的礫石成份進行比較,首先將兩者所佔的成份畫成直方圖
十號橋剖面礫石成份依橫軸依序從1-10為變質砂岩、板岩、脈石英、泥岩、蛇紋岩、輝長岩、玄武岩、基性岩、安山岩、安山岩質凝灰岩,縱軸為百分比。
最後利用Ttest(t檢定)選擇信心程度為95%,後得到兩者為同一岩層成立, h為0,然而其significance接近於1,因此相似度極大,信心範圍為[-0.0203 0.0203]
程式碼
bb=load('sediments2.txt')%在入資料%
first=bb(:,1);%第一段成份百分比%
second=bb(:,2);%第二段成份百分比%
h1= bar(bb(:,1));%畫第一段直方圖%
hold on%留住第一張圖,並把下面的也畫到第一張圖上
h2 = bar(bb(:,2));%畫第二段直方圖%
set(h1, 'FaceColor', 'none','EdgeColor', 'r')%讓直方圖內部中空,邊框為紅色%
set(h2, 'FaceColor', 'none','EdgeColor', 'b')%讓直方圖內部中空,邊框為藍色%
[h,significance,ci]=ttest(first, second, 0.05)%算ttest

(三)使用Matlab進行分析(1)使用bootstrap和一般的分布之比較

使用Matlab進行分析:
針對顆粒進行計算-利用第一段和第二段最大的100顆顆粒
使用bootstrap和一般的分布之比較
第一段的最大粒徑分布圖

第二段最大粒徑分布圖

這是第一段和第二段100顆最大顆粒度的分布圖,其兩者分不較多在20-25公分之間,另外一點則是第二段也有幾顆粒石分佈在在90、70公分。而第一段則最大的也不過在40-45公分的範圍內。

第一段的最大平均粒度為26.0990公分,標準差為6.5783;第二段的最大平均粒度為33.1460公分,標準差為12.4194;利用bootstrap 之後第一段的平均粒度為26.0783公分,標準差為0.6467;第二段的最大平均粒度為33.1928公分,標準差為1.2223。這很明顯的可以發現在平均方面的變化不大,但是標準差則變得很小,使用bootstrap的好處是可以將相對較大或較小的資料排除,以影響了整體的趨勢

針對100個資料進行1000次的選擇,最後可以排除異常大或著異常小的數值,從還沒有進行bootstrap 和進行bootstrap 可以發現標準差從很大變得很小,且呈現常態分布的情形。


使用bootstrap之後第一段分布則呈現常態分布的情況

第二段所使用bootstrap 之後所得到的也是呈常態分布的情況
以下為程式碼
aa = load('gravel size.txt')%載入資料%
long1= aa(1:100,1);%第一行,1到100顆%
long2= aa(101:200,1);%第二行, 101顆到200顆%
figure(3),hist(long1)%對於第一段的最大粒徑分布畫直方圖%
figure(4),hist(long2)%對於第二段的最大粒徑分布畫直方圖%
foo1=bootstrp(1000,@mean,long1)%使用bootstrap,1000代表抽取1000次, @mean為1000次之後的平均%
foo2=bootstrp(1000,@mean,long2) %使用bootstrap,1000代表抽取1000次, @mean為1000次之後的平均%
figure(5);hist(foo1)%第一段bootstrap 之後得直方圖%
figure(6);hist(foo2) %第二段bootstrap 之後得直方圖%
xlabel('cm')%x軸的標示%
ylabel('number')%y軸的標示%
figure(4),hist(long2)
xlabel('cm') %x軸的標示%
ylabel('number') %y軸的標示%
figure(5);hist(foo1)
xlabel('cm') %x軸的標示%
ylabel('number') %y軸的標示%
figure(6);hist(foo2)
xlabel('cm') %x軸的標示%
ylabel('number') %y軸的標示%
mean(long1)%第一段最大顆粒度的平均%
mean(long2)%第二段最大顆粒度的平均%
std(long1)%第一段的標準差%
std(long2)%第二段的標準差%
mean(foo1)%使用bootstrap之後的平均%
mean(foo2)
std(foo1)%使用bootstrap之後標準差%
std(foo2)

二、使用Excel 進行資料整理

本研究主要針對十號橋剖面水璉礫岩的礫石和成分進行分析

將野外所測量出來的資料進行統計分析,
首先使用Excel 將數據整理並且進行分析,
水璉礫岩十號橋剖面全長約1000公尺,本研究將分成十段進行計算,從下部到上部為1~10段。
以一百公尺為一段,隨機選出最大的100顆礫石,測量粒度,後再選出最大的30顆做平均最大粒度、標準差分析。
在成份則分成上中下三段,以1公尺*1公尺的範圍隨機抽樣200顆礫石計算百分比。
平均最大粒度和標準差
可以發現在第二段和第三段的平均最大粒度較大,沒有呈現往上漸漸變大的趨勢。
在成份方面呢則以第二段為下段、第五段為中段和第九段上段進行分析,所得到的結果如下

第二段


第五段


第九段
三段成份變質砂岩、板岩和脈石英佔了約80~90%,其餘的則為基性的火成岩。

2009年6月21日 星期日

一、水璉礫岩10號橋剖面成份進行分析

地球科學資料處理
本次所要決定研究區域為台灣東部海岸山脈北段的水璉礫岩
本研究主要針對的沉積礫石的成份和顆粒大小進行分析
本次將使用GMT,EXCEL, MATLAB 作為工具
因水璉礫岩的露頭甚多,本研就選用鹽寮10號橋剖面進行分析
首先十號橋剖面的大約所在位置如圖下





紅色框內的橫線為10號橋剖面大約所在的位置位在北緯23.8到24度,東經121.4到121.5之間所在的最高的高度為400多公尺。




以下為程式碼




project -C121.5/23.87 -E121.6/23.85 -G0.1 -N -Q > temp1.d
gawk "{print $1, $2}" temp1.d > temp2.d
grdtrack temp2.d -G"/Numerical process/GMT_DTM_data/etopo2.grd" -V > temp3.d
gawk "{print $1, $3}" temp3.d > temp4.d
makecpt -Crelief -T-8000/3000/1000 -Z -V > taiwan.cpt
gmtset BASEMAP_TYPE PLAIN
psbasemap -JM5i -R119/123/21/26 -B1nwSE -V -K > taiwan.ps
grdimage "/Numerical process/GMT_DTM_data/etopo2.grd" -JM5i -R119/123/21/26 -I"/Numerical process/GMT_DTM_data/etopo2_temp_shade.grd" -Ctaiwan.cpt -V -K -O >> taiwan.ps
psxy -JM5i -R119/123/21/26 eq_nu_phi1.txt -Sc -Cdepth.cpt -: -V -K -O >> taiwan.ps
psxy temp2.d -JM5i -R119/123/21/26 -W10/red -V -K -O >> taiwan.ps
psxy poly.txt -JM5i -R119/123/21/26 -Ss1 -W10/red -V -K -O >> taiwan.ps
pscoast -JM5i -R119/123/21/26 -Df -W3 -Na -Ia -T119.5/22.5/1.5 -L119.5/21.75/22/50k -V -K -O >> taiwan.ps
psxy temp4.d -JX3/2i -R121.5/121.6/-100/500 -Sc0.1 -B1/100nwSE -X6.5i -Y4i -V -K -O >> taiwan.ps
pause



以放大的圖形來看10號橋剖面的話,紅色框框將鹽寮10號橋剖面框出來,利用橫剖面可以發現10號橋剖面為一個峽谷地形,因為被河流所切穿,因此高差可接近100~200公尺之間。因此本研究得以溯溪進行剖面的測量和樣本的採集。另一方面則是etopo.grd 和twd_small.grd兩者的解析度不一樣,以水璉鹽寮10號橋地區這種小範圍的研究,利用twd_small.grd做出來的效果較佳。

程式碼

project -C121.588/23.86 -E121.588/23.88 -G0.01 -N -Q > temp1.dgawk "{print $1, $2}" temp1.d > temp2.d



grdtrack temp2.d -G"/Numerical process/GMT_DTM_data/twdtm_small.grd" -V > temp3.dgawk "{print $2, $3}" temp3.d > temp4.d



gmtset BASEMAP_TYPE PLAINmakecpt -Crelief -T-100/1000/100 -Z -V > taiwan.cpt



psbasemap -JM5i -R121.50/121.65/23.85/23.95 -B0.1nwSE -V -K > shuilien.ps



grdimage "/Numerical process/GMT_DTM_data/twdtm_small.grd" -JM5i -R121.50/121.65/23.85/23.95 -I"/Numerical process/GMT_DTM_data/twdtm_small_temp_shade.grd" -Ctaiwan.cpt -V -K -O >> shuilien.ps



psxy temp2.d -JM5i -R121.50/121.65/23.85/23.95 -W10/red -V -K -O >> shuilien.



pspsxy poly.txt -JM5i -R121.50/121.65/23.85/23.95 -Ss1 -W10/red -V -K -O >> shuilien.ps



pscoast -JM5i -R121.50/121.65/23.85/23.95 -Df -W3 -Na -Ia -T119.5/22.5/1.5 -L119.5/21.75/22/50k -V -K -O >> shuilien.ps



psxy temp4.d -JX3/2i -R23.86/23.88/0/400 -Sc0.1 -B1/100nwSE -X6.5i -Yi -V -K -O >> shuilien.ps



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最後再做3-d立體圖形來看10 號橋剖面
被切穿出現的的峽谷地形,紅色框框所框之位置為鹽寮十號橋剖面之位置。

程式碼
makecpt -Crainbow -T0/1000/200 -Z -V > taiwan.cpt

grdview "/Numerical process/GMT_DTM_data/twdtm_small.grd" -Jm50 -Jz0.0015 -R121.50/121.65/23.85/23.95/0/500 -I"/Numerical process/GMT_DTM_data/twdtm_small_temp_shade.grd" -Ctaiwan.cpt -Qi -E80/50 -B1/1/400 -V -K > taiwan.ps

psxy poly1.txt -JM5i -R121.50/121.65/23.85/23.95/0/500 -Ss1.5 -W10/red -V -K -O >> taiwan.ps

psscale -D20c/3/5/0.2 -Ctaiwan.cpt -B500 -V -O >> taiwan.ps

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