第十一章 死劫海洋

我在 1972 年初识麦肯琪。那时我在苏黎世理工学院执教，藉休假之便到加州拉约拉（La Jolla）的斯克里普斯海洋研究所去当客座教授。我开了一门关于瑞士阿尔卑斯山脉地质的课。这个题目对于海洋学的学生来说关系其实不大；一些研究生和青年教师之所以参加，与其说是对我的报告感兴趣，毋宁说是为阿尔卑斯山的风光照片所吸引。麦肯琪就是学生之一，她有乐于助人的性格，无论是帮着挂图、寻找幻灯片或复制手稿，都愿意帮忙。她专攻同位素地球化学。有一天，她来找我。

“你在作什么论文呢？”我问。 “我在作 geosecs（地球大断面）。” “geosex（地性）？”

“不是（性的）sex，而是断面（sections）的缩写 secs。这是一个大型的研究计划，任务是沿着某些断面研究海水的化学成分。”

“那么，你做些什么工作呢？” “我正在做一个氮的抽提装置，然后将氮送入质谱仪。”

我无法理解为什么会有人对海水溶解气体的同位素组成感兴趣，其实麦肯琪也不尽了解。她来找我的目的是想打听一下有无比较“明显可见”的项目，想看到自己的所作所为及其结果。在苏黎世，我们有一个组正在研究波斯湾的现代沉积，正需要一位同位素地球化学家。后来麦肯琪到了苏黎世， 同我们一起在波斯湾完成了她的博士论文。但是十年之后，地学断面研究竟为理解陨石撞击作用历经千年才引起生物灭绝这一难题提供那么多帮助，则是我始料不及的。

大难致浮游生物于死地

战争是人为的灾难，自然灾害与战争之间存在着某种相似性。在人类历史上，人口在战争摧毁后的土地上复苏的例子屡见不鲜，生物种属在自然灾害之后迅速复原也是典型的例子。劳普估计，即使一场灾难席卷地球四分之一表面的所有生物，也只会有 2％的种属发生灭绝。因为大多数生物种属都有所谓全球性分布；一个地区的全面灭绝可以消灭当地的居民，却并不能消灭一个种族。灾变一旦过去，新的移民将在疮痍遍地的土地上重新繁殖，并成倍的增长。

然而，极大规模的灾变可能会有一种无法预见的后果。且以假想的全球核战争为例：可能会有许多人逃过这场劫难，毛利人或巴塔哥尼亚的印第安人生活在与世隔绝的世界角落，可能会幸免于难，但是，他们及后裔却无法在这个由于环境的破坏而无法生存的世界繁衍。在国际科学联盟委员会进行的一项研究中，一个专家委员会描绘了一幅所谓“核子冬天”的可怕图景。

他们悲观的得出结论：核战之后，人类这个生物种将遭到毁灭性的撞击而趋于灭绝。那么，白垩纪末期撞击事件能否对环境产生类似的破坏，从而使熬过了黑暗岁月的幸存者，在劫难之后几万年重趋灭绝呢？

幸好我们这些力图求解的人还不是要求“明显可见”答案的学生。麦肯琪的同学克鲁普尼克（Peter Kropnick）一直坚持地学断面的研究，在博士论文中作了许多有贡献的研究。地学断面的研究结果与麦肯琪后来搜集湖泊沉积物的同位素资料最终殊途同归，都可以帮助我们认识 6500 万年以前发生的事件。这一事件严重破坏了当时的海洋环境，致使浮游生物无法生存。

海洋的循环机制

我们一般都认为海洋是一个具有特定的化学成分、一定的平均盐度和平均年温度的均匀水体。但实际上这些参数是因地而异的，也正是这种差异引起了海洋的循环。

海洋绝非死水一潭：风和潮汐产生了表层洋流，这是古代水手航海时必不可少的知识；中层以及底层的海水也在不停的流动。德国的潜艇舰长对此就了若指掌；在二次大战中，他们曾屡次成功利用这种水流躲避敌方的侦察。英国海军司令部在直布罗陀海峡设有一个监听站，负责监视德国潜艇的活动。但德国人在出入地中海时就关掉马达，靠水流冲进冲出。进地中海时， 潜艇下潜较浅，藉大西洋流向地中海的表层洋流流进；要出去时，潜艇则往深潜、随着底流而被冲出，英国监察站一筹莫展。

地中海的水之所以呈底流的形式流入大西洋，是因为它的比重比大西洋流的海水高一些。而地中海水之所以变重，是因为蒸发作用使盐度增高，和来自欧洲的冷风使温度降低的结果。研究人员在大西洋、太平洋和印度洋的深部也观察到了类似于地中海底流的深水流。那么这些大洋中的高盐度、低温度并因此而密度较高的水流是从哪里来的呢？

大洋底水有两个主要来源：其一来自南极威德海，其二来自大西洋的挪威海。海水结冰使两极冷水的盐度高于正常海水；密度的增加形成了足够的水压，驱动大洋的底水循环。两极的海域是吸取氧气的源地，就像海洋的肺一样，而底流的循环可以比作人体的血液循环。氧气随着这些水流循环到大洋各处，又为活体生物的新陈代谢和死亡生物的腐败作用消耗殆尽。

大气层是氧的根本来源，因此表层水一般而言富含氧。由于在较冷的水中氧气的溶解度增加，故氧气在极区水中尤为富集。这种富氧的海水下沉到深部，就会使洋底发生氧化。大洋黏土在许多地方都氧化成铁锈色，就是这个缘故，因为铁的氧化状态是一种红色的化合物。

在表层水和深水之间，是大洋中层水。在许多地区，大洋中层水是比较停滞的，因而贫氧。形成于这一深度的沉积物，由于细粒有机质在这一最低

含氧带未能充分氧化，故一般呈灰色甚至黑色。参与地学大断面研究的科学家，像克鲁普尼克就在拉蒙特的布罗克（Wallace Broecker）和斯克里普斯的克雷格（Harmon Craig）指导下，用数字表示了氧的分布特征。

二氧化碳是生命过程中不可或缺的一种化合物，是所有生物的基本“食物”。植物靠二氧化碳和水进行光合作用，形成组成细胞组织所必需的醣类。我们直接或间接的都依靠蔬菜和谷类生存，因为除了直接摄取蔬谷，食草动物又间接的把植物变成肉类供人们享用。人类死后，尸体腐烂，又放出二氧化碳和水，最后通过各种途径回到海洋和大气层。

尽管二氧化碳如此重要，但在数量上却是大气层中无足轻重的一个成分，仅占空气的 0.03％，与占 20％的氧气相比，真是微不足道。虽然二氧化碳比大气层中的其他气体更易溶解，但在表层洋水中，溶解二氧化碳的总量仍然小于每公升一公克。大气层中的二氧化碳与海水中的二氧化碳，两者数量密切相关。空气中的二氧化碳愈多，溶解在海水中的二氧化碳也就愈多，反之亦然。海水中溶解气体的含量也受到海洋光合浮游生物生产力的调节。肥力较高的海洋，光合浮游生物蓬勃生长，要消耗大量二氧化碳，故其表层海水贫于溶解气体。反之，光合浮游生物不易在贫瘠的海洋繁殖，所以二氧化碳的含量反而较高。

二氧化碳的贫化是海水的表层现象。因为进行光合作用的浮游生物只能生活在阳光可及，可以进行光合作用的极浅水中，一般不会超过五十公尺。较深的海水不仅没有二氧化碳的贫化，相反还有富集的现象。因为生物遗体在下落过程中发生腐烂分解会放出二氧化碳，而二氧化碳在寒冷的底水中是易溶的。

大洋水和大气层之间的二氧化碳交换同氧的交换一样，是一种循环。深海水在海岸带和其他地区上升时，溶解的二氧化碳会重新逸出，增加大气层中二氧化碳的含量。尔后，大气层中的二氧化碳气体又会溶解到表层水中， 并为光合浮游生物所消耗，成为有机体的一部分，最后随着遗骸沉到海底。这种二氧化碳的再循环无时无刻不在进行。布罗克以放射性碳- 14 作为研究

二氧化碳循环的示踪剂（tracer），发现每年大约有 5000 亿吨大气层二氧化碳进入大洋表层水并为光合浮游生物所摄取，死后落到深处再重新释放， 大约二千年后重返表层。

这种周期长约二千年的循环处于一种动力平衡状态。在日光能够穿透的极薄表层，浮游生物蓬勃生长，故海水常常贫二氧化碳。而大洋的总体则由于洋流循环而发生均匀化，使来自生物腐烂分解的二氧化碳相对富集。尤其是在含氧量最低的滞流中层水中，二氧化碳更有富集的趋势；地学大断面研究公布的数字，也证明了二氧化碳这种分布形式。

溶解的二氧化碳就是碳酸。碳酸虽是一种弱酸，但毕竟是一种酸，这就是苏打水对牙齿有害的原因。苏打水中冒出的气泡就是重返大气圈的二氧化碳，正是二氧化碳腐蚀了牙齿的珐琅质。在海洋中，富含二氧化碳的海水也

是死亡生物碳酸钙质介壳和骨骼的腐蚀剂。因此要在海底沉积钙质软泥，必须有一个条件，即死亡超微海洋浮游生物和有孔虫骨骼在方解石补偿深度以上的堆积速度，超过底水中的弱碳酸对它们的溶解速度。只有在溶解速度大于堆积速度的地方，才能形成像白垩纪一第三纪界线层那样的黏土沉积物。在古比奥和其他许多地方，晚白垩纪和早第三纪沉积物都是白垩或石灰

岩，是灾变发生前后生意盎然的有孔虫和超微浮游生物的细小骨骼堆积物。二者之间，位于标志界线事件的铱异常层之上的，是一薄层黏土。在其他地方，虽然界线沉积物也是石灰岩，但其中所含的黏土却要比上下层位多得多。当沃斯利于 1970 年研究界线黏土时，曾注意到界线黏土普遍贫碳酸钙的现象。他指出，当时的洋水应有异于寻常的溶蚀性。换言之，白垩纪末期海水的二氧化碳含量非常高。这种异常海水溶掉了浮游生物的骨骸，留下的不溶残余就堆积成界线黏土。

从另一角度分析，也可以简单的把界线黏土看作介壳物质供应不足的结果。再推论一步，我们可以说，死亡浮游生物的骨骼之所以供应不足，乃是因为活着的生物太少。生物贫乏的海洋，与溶蚀性很强的海洋一样，其沉积物都是不含钙质的黏土。既然这两种说法都可以自圆其说，我们怎样才能判断谁是谁非呢？

地学断面计划和我们自己对湖泊沉积物的研究，提供了一种启示：碳同位素可以用作古浮游生物繁殖力的监测器。

抽丝剥茧

用质谱仪分析碳酸钙的同位素组成，要先溶解样品，取得二氧化碳气体，然后将这种气体输入仪器。尤里在研究古温计时，测量了样品的同位素比值，同时也测得了碳同位素值。当时，他并不能了解这一数据，但肯定碳同位素组成不大会受到有机体分泌骨骸的环境温度影响。他发现了各种不同的碳同位素值，但无法找出这些数据与其他变量的关系，无论是化石标本抑或现代生物都是如此。这使尤里感到茫然。

科学家累积大洋沉积物碳同位素资料已有几十年的历史，但是由于无法理解这些资料，所以均未发表。1973 年，在基尔召开的国际浮游生物学会议， 专就这一问题展开了讨论，但与会人士都束手无策。氧同位素分析能提供古海洋温度的有用资料，而碳同位素分析却除了提供数字外，几乎毫无意义。

在地学断面计划取得的大量资料中，科学家终于看到了一种趋势。即从一个测点到另一个测点，碳同位素组成都呈类似的有系统变化：表层水的碳

—13/碳—12 比值，要比中层水和底层水高，或者可以说含有较多碳—13 原子。趋势一经确定，沉积物碳同位素资料的解释就不那么困难了。钙质软泥是由生物骨骸组成的，而生物骨骸是靠从海水中摄取钙和二氧化碳生长的， 因此碳酸钙质介壳同时含有来自二氧化碳的碳—13 和碳—12 原子。根据化

学原理，这两种同位素的相对数量，取决于它们在原始物质中的数量。溶解的碳—13 愈多，吸收的碳—13 也愈多。因此简言之，介壳碳酸盐的碳同位素组成，反映生物当时所处海水二氧化碳的碳同位素组成；化石或由化石变成的钙质沉积物，当然也是如此。

生物的活软组织和细胞的情况则不然。不管海水的同位素组成如何，它们从海水中摄取的碳—13 比例要少得多。因为生物软体与介壳不同，总是优先结合碳—12。不言可喻，生物的繁殖对海水的同位素组成必当有极大的影响。

光合浮游生物和浮游动物只能生活于海水的表层。由于生物的细胞组织优先吸收碳—12，故只要是浮游生物繁盛的地方，表层海水中就会出现碳— 13 相对富集的现象。底栖生物当然也排斥碳—13，但其数量太少，不能造成多大的影响，所以底水中碳—13 所占的比例与平均洋水并无多大区别。

死劫效应

如果浮游生物活体的功能，是使表层水中的二氧化碳贫化和碳—13 原子相对富集，那么，在没有浮游生物活体的海洋中将会出现怎样的情况呢？ 1981 年，布罗克到苏黎世理工学院地质研究所作海洋碳同位素的报告，我便以这个问题请教他。

由于布罗克的名声在外及共同朋友的介绍，我对他闻名已久。他是一位专攻海洋地球化学的著名专家，我的年轻同事麦肯琪算是他的同行。当她申请美国地质学会的会员资格时，我建议布罗克作为三名推荐人之一。专业学会的会员资格就像某种联盟的成员资格，北美地球科学方面的高级研究人员，我以为都应该是地质学会的会员。但是，当我收到该学会总部的一封简函时，不禁大吃一惊。信中说，布罗克不能作为麦肯琪的推荐人，因为他本人已不是地质学会的会员。这位孜孜于事业的大忙人因为忘记按时缴纳会费而被除名。

布罗克的研究工作以海洋二氧化碳循环的研究最为著名。新的思想不断从他的脑海中跃出，就像气体从苏打水中冒出来一样。在拉蒙特担任了几年的管理工作之后，趁休长假之机来到海德堡。我在瑞士污染防治中心工作的朋友闻讯后，立即给我打了一个电话，问我是否有意请他到苏黎世作几个报告。我确实十分愿意邀他来访，虽然他已不再是我们“工会”的会员。

80 年代初期，化学家对至今未融化的古代冰层中呈气泡状空气的化学成分进行了分析，这是当时最引人入胜的科学发现之一。他们在大冰期时代捕集在冰中的空气“化石”中，发现二氧化碳的浓度很低。布罗克闻风而动， 马上抓住了这一发现，对大冰期的大气层贫二氧化碳的原因想出了解释。

在冰期，富含营养盐的底水上泛作用增强。表层水的肥力高于现代，浮游生物的繁殖力因此大大增加。浮游生物愈多，他们消耗的二氧化碳也愈

多，空气中二氧化碳贫化的现象也就愈严重。海洋沉积物提供的证据显示， 冰期的海水肥力确实高于现代。布罗克告诉我们，可以用碳同位素检验当时的生物生产力。

我们从地学断面的资料中得知，由于光合浮游生物优先摄取碳—12 这种同位素，表层水中碳—12 含量相对较少。如果冰期的浮游生物比现代多得多，那么表层水中碳—12 贫化和碳—13 富集和现象也将比现代更甚。化石骨骼正确无误地纪录了当时海水的碳同位素比值，冰期的同位素值则可以从当时的浮游生物化石中获得。由于底栖生物数量不多，不足以影响深水的碳同位素比，因此冰期底栖化石的碳—13/碳—12 比与表层生物碳—13/碳—12 比的差值，要比现代或间冰期的种属之间的差值大得多。根据当时所发表为数不多的碳同位素资料，布罗克的确找到了冰期碳同位素的证据，证明冰期浮游生物繁殖力相对较高。

布罗克结束报告后，我向他提出了思考已久的问题。 “啊，你是在问我死劫效应（Strangelove effect）”。他说道：“一

个没有浮游生物的海洋将不会有碳同位素梯度，从顶到底，同位素的数值将近乎一致。那样的海洋，就叫做死劫海洋！”

Strangelove（死劫）是一部电影里的主角。我没有看过那部电影，但我知道它的梗概。死劫博士异想天开，想用核灾难摧毁地球上所有的生命， 只留下包括他自己在内的所谓菁英，然后再由他们来重新繁殖人口。布罗克不无调侃的采用了这个影像鲜活的名词作比喻。在我随后的著作中，我也从不放弃运用这名词的机会。

了无生机诚然，布罗克的工作是一种理论性的归纳，因为我们不能杀灭所有的海洋生物来验证海水碳同位素组成上下一致的结论。然而湖泊是不大的水体，自然界也已为我们作了许多浮游生物生产力的实验。麦肯琪在研究瑞士湖泊中的白垩成因时，不经意的发现了死劫效应的证据。

瑞士西北部的格里芬湖（Greifensee）是一个所谓的优养（eutrophic） 湖。上世纪的工农业生产不断把过量的磷酸盐和硝酸盐输入湖泊，大大增加了营养盐的正常输入，生物生产力因此剧增。藻类生长的颠峰期是在七八月。他们对碳—13 原子的选择性排斥作用，导致碳同位素在夏季形成最大的垂直梯度。表层水的碳—13 原子要比底水高 4.5％。到秋季，生物生产力降低，九月末的表层水样品中的碳—13 原子只比底水高 3％。待到时序入隆冬， 藻类也进入休眠期。十二月中旬，水样的同位素组成呈现上下一致。到了春天，生长季节开始，五月初发生第一期藻类的勃发，再度形成碳—13 梯度， 增长的趋势一直延续到夏季。格里芬湖就这样年复一年的重复循环。

麦肯琪通过样品碳同位素的分析，揭示了碳酸盐的季节性变化。海洋中的溶解碳酸盐储量要比湖泊大得多，季节性的短期肥力循环对其同位素梯度的影响微乎其微。然而，生产力长周期的实质性增减却会带来显著的影响。理论上，生产力等于零的死劫海可以与格里芬湖冬季休眠期的情况相

比。如果没有浮游生物控制碳同位素的分馏作用，那么，由于底水的上升和表层水的下降，海洋化学成分将渐趋均匀。均匀化的速率，一般来说应与二氧化碳的循环速率相同。从顶到底，再从底到顶大约需要两千年。设若海洋浮游生物都惨遭灭绝，则在一片死寂的死劫海中，碳—13 值应在两千年左右的时间里变得上下一律，就像格里芬湖冬季的情形一样。

那么，在白垩纪灾变之后，是否真有一个死劫海洋呢？

死劫情景

多年来我一直犹豫不决要如何解释化石骨壳的碳同位素分析资料，现在终于明白，布罗克是正确的。其实，早在 1978 年就有机会弄清这一问题。那年夏克尔顿在苏黎世所作的报告中，已经提到了他搜集的新生代最早期有孔虫的碳同位素资料。出乎他的意料之外，那些样品中的浮游生物骨壳并不像正常海洋那样富含碳—13。夏克尔顿颇感不解；他对自己提出的四五种解释也都不满意。

当时，我也不甚了解他那碳同位素资料涵义所在，如今布罗克的报告和麦肯琪在格里芬湖的工作使我的思想豁然开朗。夏克尔顿资料的意义愈来愈清楚：生活在白垩纪末期表层水里浮游生物的介壳中之所以没有碳—13 富集，是因为海洋中的光合浮游生物太少了，不足以引起碳同位素的分馏作用。这不就是一个典型的死劫海吗？

在科学研究中，长期不能理解一种资料意义的现象是司空见惯的。其实，指示白垩纪末期碳同位素异常的资料已经瞪着我们多年了。早在 1977 年，伊利诺州立大学的地球化学家安德森和他的研究生布伦内克已经发现， 与白垩纪最晚期的资料相比，第三纪最早期的海相沉积物都有贫碳—13 原子的现象。

界线上下碳—13 的变化幅度将近背景值的十倍。在界线上下几千年的短时间内，海洋沉积物的碳同位素组成就发生如此巨大的变化是史无前例的。而且碳同位素异常只不过是一种波动，而不是一种偏移。因为几千年后它又回复到白垩纪晚期的数值，以后就保持稳定。

波动意味着什么呢？

与夏克尔顿一样，安德森和布伦内克对他们的发现也颇为困惑，并未重视其中的意义。事隔五年之后，我们对开普盆地五二四站位最后取得的二十号岩芯样品，进行了彻底的分析，才终于摆脱了这一令人困惑的局面。安德森和布伦内克分析的是全岩样。其中虽然也含一些底栖生物，但以浮游生物居多。他们注意到了碳—13 的总体降低，但是由于未将表层和底栖样品分开，所以无法了解是否存在从顶到底的梯度变化；我们对南大西洋全岩样品的分析结果证实了他们的发现。一越过界线，界线黏土的碳—13 值就小于晚白垩纪的数值。但是我们要更精确的了解海洋环境的变化，于是设法剔除了

底栖有孔虫，分析了全部由表层超微浮游生物骨壳组成的样品。分析结果与全岩样的异常毫无二致，说明在表层水中，这种同位素比的变化确凿无疑。但我们对此并不满足，于是请佛罗里达的赖特从我们的样品中挑出为量极少的底栖有孔虫标本，以便进行同位素测定。结果是：白垩纪一第三纪界线上下的底栖有孔虫，未见任何碳同位素异常。证明碳—13 的异常性降低只是发生在浮游生物生存的表层水中。或者更确切地 说，表层水中已无生物生长。

事件之后，残留下来的寥寥浮游生物在水面上重新繁殖，又开始了优先摄取碳—12 原子的过程。于是，过剩的碳—13 不断聚集，又重新建起了从顶到底的变化梯度。

总而言之，碳同位素资料已成为海洋肥力的卓越监测器。

像铱异常一样，世界各地的界线沉积物中均已发现碳同位素异常。这说明在白垩纪末期事件之后，确有一起全球性的生物危机，使海洋近乎死寂。浮游生物对碳同位素的正常分馏作用停止了。在事件发生后的二千年中，各种深度的水体都达到了均匀化，造成了大洋从顶到底碳同位素的一致性。

仔细研究五二四站位的资料后，我们发现浮游生物骨骸的碳—13 值甚至比当时的底栖有孔虫还要低一些。我们把这种碳—13 原子的相对亏损现象， 归因于白垩纪末期灾变之后的“死寂大陆”。

陆地植物与海洋浮游生物一样，都优先摄取大气层中的碳—12 来建立其细胞组织。这些植物死亡腐烂分解后，有机质发生变化，释放出二氧化碳。这些二氧化碳溶解在地下水中，最终通过河流归入海洋。死劫大陆到处都是腐解的陆生植物，不断向海洋供应过量的生物碳屑和溶解性二氧化碳。这两种物质都贫碳—13，从而使大洋表层水中的碳—13 更趋贫化。单靠浮游生物的死亡是不能解释这种贫化现象的。

虽然大洋的生物群减少到了足以阻止碳同位素分馏作用的程度，但白垩纪末期灾变之后的第三纪最早期海洋并不是一个绝对的“死劫海洋”。浮游生物的再生产并未完全停止，所以在某些深海钻探站位的界线黏土还是钙质软泥，不过是黏土质的钙质软泥。碳同位素异常的波动同样存在，但并不意味着海洋生物的灭绝。显然，在这些站位有足够的有孔虫和超微浮游生物生产，且未完全溶解，这才形成了海底某些部位的浅白色软泥。

经过多年的研究，我们终于发现了各种界线沉积物异乎寻常的分布格局。多少含一些黏土的碳酸盐软泥，沉积于 2000 至 3000 公尺的中等深度， 而不含碳酸盐的黏土则沉积于方解石补偿深度以下的深海平原。但是，滨岸水域中的沉积作用却是一种例外。

在大陆边缘，浮游生物的生产力通常都相当高。海水不具溶蚀性的地方，正常的沉积物应当就是碳酸盐软泥。但第三纪最早期的陆棚沉积物却并非软泥而是黏土；像古比奥的界线黏土和史蒂文克林特的鱼黏土等，均属此类。只能用一种假设解释何以在这些黏土中缺乏浮游生物骨壳，即当时近岸海区的水体溶蚀能力不寻常的强。这可能是因为从当时死劫陆地搬来的有机

碎屑发生氧化作用，产生了过量的碳酸，才增强了近岸海水的溶蚀能力。如果是异常多的有机碳发生氧化产生二氧化碳，势必消耗异常大量的

氧。而植物的光合作用其实是大气层中氧的惟一来源。如果大部分陆地和海洋中的光合作用大减，那就不难设想，当时的大气层中并无大量的氧。一方面供应短缺，另一方面消耗激增，势必导致近岸水体严重缺氧的情况。那么沉积物中有无这方面的证据呢？

是的，铁证如山。

1982 年，我造访了位于丹麦名闻遐迩的史蒂文克林特村，在那里，界线黏土的位置一目了然。白垩纪的白垩和第三纪的石灰岩都是白色的，但界线黏土却是黑色的。在黏土中，薄如纸片的纹理清晰可辨，而颜色和纹理都是说明沉积当时底水缺氧的极好标志。完好的层理之所以能保存，是因为没有或几乎没有生物扰动它们。而没有底栖动物的原因是因为水中缺氧，无法呼吸。水中缺氧的原因可以解释为从死沉沉的陆地上搬到海洋中的有机质发生腐解，耗尽了海水中的氧气。残余的有机质和森林大火留下的未及氧化的灰屑，把沉积物染成了黑色。

从满目疮痍的陆地输入碳质的过程不会持续很久。几千年后，这些生物碎屑不是被冲走，就是被新的沉积物埋藏。从劫难中复苏的植物将重新形成森林，覆盖茫茫大地，同时将大量碳质保存在土壤中，并使侵蚀作用减到最弱。研究界线过渡带所得的证据证明，近岸水体的缺氧情形并未超过几千年。瓦尔特·阿佛雷兹曾描述过，古比奥界线黏土上下分成两种颜色。下半部厚约半公分，呈灰色，上半部则呈红色。因为界线黏土沉积的全部时间只不过 5000 年，在缺氧条件下形成的灰色沉积物的沉积时间，不会超过 2500 年。后一段时间的海水重又富氧，并因铁质染色物质的氧化而使黏土呈红色。

但是，在当时的开阔大洋中，底水缺氧的情况却并不像近岸水体那么严重。开普盆地界线黏土的颜色确实比上下的沉积物暗。但是由于含有铁质染色物质，黏土仍然微呈红色，说明水中至少含有一定量的氧。在太平洋的深海平原，界线上下并无颜色变化，不过在许多地方的界线沉积物中都发现了黄铁矿和海绿石这两种典型的缺氧矿物，甚至在中太平洋的红色界线黏土中也不例外。除此之外，还发现了砷、锑硫化物的异常，这些都是在缺氧条件下才能形成的矿物。以上这些现象足以说明，灾难事件发生后，海水的化学破坏已经达到很深的海域。

污染的关键性

如果我们在湖泊中观察到化学破坏的证据，我们不妨把它解释为湖泊生物遇上了一个坏年头。但是，在覆盖全球四分之三的面积、水深平均达到四公里的广袤海洋中，地质纪录的解释就不那么简单了。海洋的广度和深度将

掩盖短暂的化学事件，把它们湮没在更为壮观而且长达几千年的循环中。如果 6500 万年以前灾难的祸首不过是长达数月的黑暗，那么我们根本就不可能发现它，或者只能见到环境迅速恢复的痕迹。当太阳从尘云中重现时，所有幸存的浮游生物都将重新恢复其巨大的再繁殖速率。超微浮游生物至少每天分裂一次，每一次分裂数量就增加一倍。春夏两季是浮游生物蓬勃生长的时期，每公升水中会生产一千万个个体，相当于每平方公尺的水面满布着3000 亿个进行光合作用的生物；每一次繁盛生长可以覆盖几千平方公里的水面。

从沉积纪录中发现死劫海洋这一事实说明：快速的生物死亡和缓慢的繁殖过程持续了相当长的时间，所以黑暗岁月无法解释这些现象。而恢复的缓慢和灭绝速度之高也不能用大规模生物死亡来解释。事实上，混乱的海洋应有很强的自治能力，理应很快复原，以极少数幸存者为代表的种属也应获救。浮游生物的繁盛一般都受营养盐数量的控制。在无生物生殖的黑暗岁月中，营养盐都得到了保存。在几千年的时间里，由于陆地森林遭到摧毁而带入海洋的有机质，也会使表层水发生肥料过剩的现象，磷酸盐和硝酸盐将发生富集。食物丰富，光线充足，幸存的浮游生物本应蓬蓬勃勃的迅速恢复繁盛。

然而，尽管二十号岩芯和其他界线样品显示，白垩纪末期事件中免于劫难的种属并非绝无仅有，但通常在第三纪早期海洋中蓬勃生长的却只有两个属的少数种，即 Thora-cosphaera 和 Braarudosphaera。其他浮游生物都在逐渐减少，而且几千年内就销声匿迹了。

研究了劫后幸存的超微浮游生物之后，发现它们是一些甚至在异常的温度、盐度和化学条件下都能蓬勃发展的种属。在这些种属蓬勃发展的同时， 其他生物却渐趋灭绝，说明环境条件十分严峻。浮游生物的大规模死亡造成死劫海，而几乎所有的生物都未能复苏，说明第三纪早期的海洋受了污染， 而不利于浮游生物的生长和繁殖。

这种情况一旦发生，自然界的污染将像当今森林的毁灭一样，使生物死亡。虽然它并不是这场灾难的根源。