第八章 中子神探

1958 年，在加拿大纽布伦兹维克（New Brunswick）的一个小镇附近的废石坑中，发现了一个少女的尸体。嫌犯是一个名叫伏尔曼的年轻人。在女孩失踪的当晚，有目击者见到伏尔曼在一个药房的柜台前把她带走，还有人目睹那个女孩乘坐伏尔曼的车驶向郊区，一位晚归的农民曾发现嫌犯的汽车停在发现女尸的采石坑旁。伏乐曼对这些事实都供认不讳，但矢口否认女孩是他所杀。谁能证明死者后来没有同另一个真的凶手重返那个采石坑呢？陪审团必须掌握更为具体的证据。

警察发现的惟一物证是死者指甲里的一根深色的头发，显然是生死搏斗的标志。这不是女孩的头发，因为她是金发。伏尔曼的头发倒是深色的。但有深色头发的人太多了，怎能证明这根头发就是嫌犯的而不是别人的呢？

幸好，在渥太华的罪证实验室里，有一位法医发明了一种根据痕量元素鉴别人发的方法。这些元素是从人体中分泌出来的，聚集在人发中。他的调查显示，人发就像指纹，可以作为一种鉴别标志。于是，那根六公分的头发连同嫌疑犯的头发，一起送到了首都渥太华。一周后结果出来了：死者指甲里的头发与嫌犯的头发同属一人所有，伏尔曼因此被判有罪。

哥尔德施密特的先见

如果恐龙确系死于彗星，那么，那个“长发星”难道连一根头发都没有留下吗？我在为《自然》撰写论文时不禁暗暗的问我自己。

彗星的主要成分是氧、氢、氮、碳，与地球的主要元素无异。与大量地球物质混在一起后，难以用它们来判别彗星。那么能否像用人发中的痕量元素确定罪犯那样，用某种彗尾的特征元素来鉴定彗星呢？是的，确有某些元素可以用来达到这一目的，那就是阿佛雷兹及其合作者发现的一些元素。回首往事，我微微感到有些惆怅。我在青年时代自视过高，不够尊重长者的教导，因而失去了重大发现的机会。

我第一次到苏黎世是 1957 年，刚完成博士论文毕业不久。我并不觉得一定要再去注册重过学生生活，但还是每天都到地质研究所的图书馆去读书，另外也听几门课。当时我对地球化学颇有兴趣。地球化学是上世纪发展起来的 一门新兴学科，研究地球的化学成分。哥尔德施密特

（V.M.Goldschmidt）是这一新领域的开拓者，把研究领域从地球扩大到了地外物质。化学元素宇宙成分丰度的知识有很大部分要归功于他。也因此我们才有办法区分地球原有和地外成分的玻璃陨石。在我的学生时代，美国大学里已不再教授哥尔德施密特的这种地球化学，我们也不再关心哥尔德施密特潜心研究得出的天体化学成分的冗长资料。我们只对作用过程感兴趣，只关心曾经使地球发生变化的化学作用。但在苏黎世大学，地球化学仍然是一

门重要课程，由哥尔德施密特的学生拉韦斯（Fritz Laves）主讲。在他心目里，哥尔德施密特是一位英雄。他总是不厌其烦的忆述他在哥廷根度过青年时代的轶事。在哥廷根，拉韦斯这名亚利安种人曾努力保护他的老师不受纳粹分子的野蛮侵扰，但哥尔德施密特到头来还是被迫流亡到英伦三岛。战后不久，这位科学界的巨擘客死挪威。

拉韦斯是一位老派人物，矢忠于自己的记忆。哥尔德施密特所著《地球化学》是他选择的教科书。第一堂课就给每人发了一张元素丰度表，那是哥尔德施密特的杰作。表中将每种元素在岩石圈中的丰度和陨石中的丰度进行了比较。然后，拉韦斯开始讲课，其实说是念书会更贴切些。他的语调低沉而单调，只有读到 n.b 未定）和 p.p.m.（百万分之一）时，才略有停顿。“氢， 未定”，他开始朗读“氦未定；锂，在岩石圈中的丰度为 65 p.p.m.，陨石中的丰度为 4p.p.m.，铍，岩石圈中的丰度为 6p.p.m.，陨石中的丰度为 1 p.p.m.，碳，岩石圈中的丰度为 320 p.p.m.，陨石中的丰度为 300 p.p.m.， 氮，未定；氧，岩石圈中的丰度为 466，000 p.p.m.，陨石中的丰度为 323， 000 p.p.m.⋯⋯”。

半小时后，拉韦斯已经念到镧、铈、钋。他毫不顾及学生的耐性，还要无休止的念下去，我则已经忍无可忍，顾不得礼貌的在他念完钋以前溜出了教室。如果我再坚持一小时，也许我就会学到一些有用的东西。毫无疑问， 拉韦斯一定会念到这张表的末尾：“锇，在岩石圈中的丰度未定，陨石中的丰度为 1.92p.p.m.；铱，在岩石圈中的丰度为 0.001p.p.m.，在陨石中的丰度为 0.65p.p.m.；铂，在岩石圈中的丰度为 0.005p.p.m.，在陨石中的丰度为 3.25p.P.m.；金，在岩石圈中的丰度为 0.001p.p.m.，在陨石中的丰度为0.7p.p.m.。”

如果我去听他的第二节课，我一定会了解到，锇、铱、铂、金均属铂族元素，或称亲铁元素。它们在地球最外层的岩石圈中为量极微，但在陨石中却很多。

哥尔德施密特在他的晚年致力于研究铂族元素的宇宙丰度。这些痕量元素的天然度极小，每一次世界大战后的分析技术还不足以鉴测这些元素。然而，铂族元素的平均含量在石质陨石中要高出几千倍。在铁质陨石中更为富集，其浓度要高出一个数量级。

一般认为，石质陨石的成分与形成层圈结构以前的原始地球相似。关于地球的成因问题，争论已久。现代理论认为，地球是由许多细小的块体和尘埃相互重力吸引凝结而成的。原始物质中的放射性元素以极快的速度产生热量，使这一迅速增长的行星无法散热，终使原始地球的石质部分发生融熔。融熔的铁和镍都是最重的元素，沉到地球的中心后成为铁镍核心。亲铁元素与铁有一种化学上的亲和力，也随之一起集中到地球的核心。较轻而贫铁、镍及贫亲铁元素的石质矽酸盐，在地心周围组成了厚达 2900 公里的地幔。地幔一直处于某种热状态，因此具有弹性。地球表层的冷脆岩石圈称为地

壳，其物质来自于地幔，因此也以贫铁、镍和贫亲铁元素为特征。

石质陨石虽然由同样的地球物质组成，但未经化学分凝作用，因此还保持着原始宇宙的亲铁元素组成。那些尚未凝结成较大块体的宇宙尘埃或小颗粒，或者由于撞击作用而爆炸形成的小颗粒，也同样保持着宇宙物质的元素组成。宇宙尘埃虽然不断的降落到地球上，但是由于降落的尘埃数量太少， 与分布极广、数量又多的沉积物混在一起，其化学信息殊难测出，因此，沉积岩与来自地幔的火成岩一样，也贫亲铁元素。然而，深海沉积物中应较富集这些亲铁的金属元素。例如在北太平洋中部，几乎不会有陆源物质到达， 而黏土的沉积速度又很低，一年不足一公厘。故而在大洋沉积物中，宇宙尘埃是重要的成分。

哥尔德施密特预见到了这种情况，但无法予以证实。一次大战以后，分析仪器还很原始，不能精确测量数量如此之低的元素。哥尔德施密特是一位非常卓越的科学家，但是他的科学生涯被政治迫害和战争打断了，后竟不幸英年早逝。如果他多活十年，他可能会满意的得出那些数字来证实他的预言。因为十年后出现了中子活化分析技术，可以达到要求的测量精度，也正是这种技术测出了伏尔曼一案中嫌犯头发里痕量元素的精确数值。

中子活化技术可以检测浓度只有兆分之十的痕量元素。它在伏尔曼案件中初试锋芒，现已成为一种常规的分析技术了。

中子是使同位素增重的一种核粒子。与带正电因而在电性上互相排斥的质子不同，中子呈中性，可以自由游荡，因此有机会进入元素的原子孩，使之转变为另一种同位素。当中子集成一种中子流时，它加入原子形成同位素的机会就增加了。

中子冲击作用是贯穿于整个地质历史时期的一种自然作用。太阳发射的能量流和粒子流称为宇宙射线，自由中子是宇宙射线的主要组成部分。中子冲击作用的天然产物是放射性同位素，例如空气中的氮受到宇宙射线中的中子冲击后就会产生碳-14。每种放射性原子都会自动裂解为子代产物，就像碳-14 衰变形成氮-14 一样。

化学分析的传统方法是设法从样品中把感兴趣的元素分离出来，然后秤量纯化后的物质重量。为此要花费很多时间进行化学分离，而且常常要求极大的样品量。中子活化法避开了样品化学分离的复杂程序，所需的样品量也很小，只要用中子冲击一下即可得出数据。在中子与铂、铱之类的母物质之间，会发生许多核反应，于是各种放射性同位素开始蜕变，每种元素都发射出反映其同位素蜕变特征的分子和能量。用仪器监测、记录元素的蜕变特征，就得到该元素的标准信号，由此可以推断受中子冲击后发生这一衰变的母物质。各同位素蜕变“事件”的数量，透露出样品中各母元素的相对含量。因此中子活化分析既能定性，又能定量。

地质学在 1968 年首次应用中子活化分析法，哥尔德施密特的梦想终于实现了。斯克里普斯海洋研究所的两位科学家，测定了太平洋沉积物中的

锇、铱含量，用以估计宇宙物质的影响。

1969 年，我首次参加南大西洋的深海钻探航次归来，其时中子活化技术的应用还不到一年。德克萨斯州农工大学里面的核子化学家就来询问我，要不要作岩芯的痕量元素分析。当时我正在为实测地质学的定量化进行一场败局已定的斗争。在 60 年代后期，强调仪器分析已成风尚。资料愈来愈多， 但消化利用极少，我对此十分反感。几年之后我才痛切意识到自身思想的偏颇，没有预见到新资料早晚都会促进科学的认识水准。如果我当年能耐心的聆听拉韦斯以朗诵元素宇宙丰度表为主要内容的讲课，也许就会欣然接受德克萨斯那边提供的帮助。虽然我当时正沉浸在扫帚星的问题之中，而且有两个站位钻穿了白垩纪一第三纪界线，但对痕量元素分析可以揭示界线沉积物中地外碎屑的重要意义，尚无悟识。

太空科学家和天文学家就不同了，他们并未忘却哥尔德施密特的预言。一旦新的技术出现，就立即开始研究亲铁元素。斯克里普斯的科学家发现， 从北太平洋沉积物中铱、锇含量算来，宇宙尘埃正在以每年每平方公分 1.2

×10-8 克的速度堆积。这个数字并不很大，只相当于每年每平方公里 120 克或每年每平方英里二盎司。进一步应当研究其他大洋沉积物样品中的宇宙尘埃。

他们从一百多年前“HMS 挑战者号”所取得的沉积物中，采集了一些直径为公厘级的细粒球状物体。有些球粒是富铁的，有些球粒是石质的。其主要元素组成如铁、镍、钴的含量与铁陨石极为相似。有一位名叫加纳派塞

（R.Ganapathy）的印度移民，当时正在新泽西州的一个化学公司工作。他决定用中子活化法检验其痕量元素。他分析了十五种元素，包括铂族元素铰、锇、钉、金。加纳派塞发现，大洋沉积物中石质球粒的元素组合与石质陨石完全一致。这些资料使他相信，那些细小的石球应是来自外太空的不速之客，而且这些球粒与通古斯发现的球粒外观极为相似。但它们大多是宇宙尘，是从规模较小的陨落流星中落下来的。

父子搭档联手

以上就是阿佛雷兹父子偶然发现铱异常的背景。瓦尔特·阿佛雷兹是一位著名物理学家的儿子，他的父亲路易斯由于核子物理学方面的卓越贡献， 于 1968 年荣获诺贝尔奖。与尼克·夏克尔顿一样，为了避嫌，年轻的阿佛雷兹选择了另一种职业；也与尼克·夏克尔顿一样，他躲不开命运的安排。但瓦尔特·阿佛雷兹并未卷入物理学，而是把他的父亲拉入了地质学的争论漩涡。

瓦尔特·阿佛雷兹于普林斯顿大学获博士学位，在意大利作博士后研究，之后在纽约郊外的拉蒙特—多尔缔地质观察站找到了第一个工作。

拉蒙特在首任主任艾运领导下，由一个两人小组发展成为著名研究所，

到 70 年代初已达几百人的规模。奥普但克（Neil Opdyke）在拉蒙特建立一个研究大洋沉积物剩余磁性的一流先进实验室。拉蒙特的科学家在建立古地磁地层学方面有重要的贡献。当时，有一位青年物理学家洛雷（ Bill Lowrie），在奥普但克的实验室里工作，他摆脱海洋研究的局限，开始研究由于造山运动而升起的古代海洋沉积。出露在亚平宁山脉古比奥村附近中、新生代沉积物是当然的研究对象之一。阿佛雷兹在意大利进行博士后研究时，对古比奥的剖面相当熟悉，于是就帮助洛雷研究古比奥剖面。正是在这个剖面上，路特巴赫和普茉莉—席尔娃在界线黏土中发现了有孔虫大规模灭绝的证据，而且证明其时代为 C-29-R 地磁期。

阿佛雷兹并非古生物学家，当时尚未卷入白垩纪末期生物灭绝事件的研究，他关心的是古地磁地层年代表的可靠性。

C-29-R 的持续时间短于 50 万年的结论，是根据海底地磁条带的宽度推断出来的。虽然反对海底扩张理论的人现在已经不多，但对扩张速度保持恒定的设想却有争议。阿佛雷兹想，如能另辟蹊径检验 C-29-R 的持续时间， 这一设想的可靠性就可以得到验证。

正当阿佛雷兹思考这一问题时，斯克里普斯的科学家发表了用痕量元素推算深海沉积物中宇宙尘埃堆积速度的文章。他受到启发，决定一试，用测定黏土中宇宙尘埃含量 的方法测定古比奥界线黏土的堆积时间。

这时，洛雷已转到苏黎世联邦理工大学地球物理研究院就职，而阿佛雷兹也已离开拉蒙特回到父亲所在的柏克莱。有一次，阿佛雷兹与家人谈及此事。老阿佛雷兹虽然已从柏克莱的劳伦斯实验室退休，但在专业活动中仍然活跃如昔。于是父子两人决定同心协力解决这一难题。用中子活化分析法， 检测极微量的铂族元素需要非常精密的仪器、专门的知识和极其熟练的专家，而柏克莱实验室拥有一切条件。以熟练的分析技术著称于世的阿萨罗

（FrankAsaro）和米歇尔（Helen Miche1），都参加了阿佛雷兹的研究群。在亲铁元素中，铱是最容易用中子活化技术测定的元素。因此，柏克莱

研究组首先选择铱作为研究对象。铱善于捕获慢中子，其蜕变谱线亦较易辨认。样品取自古比奥 C-29-R 期堆积的各类沉积物，包括界线上及下几乎无化石的黏土和富含化石的沉积物。这三类样品事先都经过了预处理，用酸溶掉了其中的钙质骨骼，余下的都是黏土等不溶残余物。经过这样的处理后， 古比奥的样品就可以与斯克里普斯科学家所分析的样品进行比对了。

把处理后的样品先放到柏克莱的反应器里进行中子活化，然后上机测定。界线黏土上下的不溶黏土沉积物中的铱含量为 0.3p.p.b.，与斯克里普斯科学家预言的深海沉积物中宇宙铱的含量完全一致。

关于铱沉积速率的逻辑结论，证实了地磁地层学的确是估计地质时代持续时间的可靠工具。C-29-R 地磁期确实持续了 50 万年的时间，与肯特根据海底地磁条带的宽度得出的结论完全一致。

那么，界线黏土本身，这一厚仅一公分而又完全没有化石的黏土层又如

何呢？阿佛雷兹在界线黏土中发现了异常高的铱丰度，这使他大吃一惊。在底界面以上几公厘的一个层位中，铱的最高值竟达 10 p.p.b.。这一异常值

大约是正常值的 30 倍。在界线以上一公尺的沉积物中，或者说在中生代结

束后的 15000 年以后，铱含量又回到正常背景值。

在一个点上发现的这一奇怪的异常，引起了他们的好奇心。于是他们又分析了丹麦著名的史蒂文克林特村的样品。在那里，界线黏土被称作鱼黏土，结果发现铱异常甚至更为显著。其背景值约为 0.3p.P.b.，与意大利的情况相同。而鱼粘土中发现的最大值竟达 65 p.p.b.，超过正常丰度 200 倍。在界线以上 70 公分处，铱含量降至 0.4p.p.b.，再往上半公尺，铱含量回到背景值。

对于高铱含量的最合理解释是：两地的界线黏土都是在极低的沉积速率下堆积的。如果这厚仅一公分的界线黏土不是沉积于五千年间，而是沉积于一百万年间，那么方有足够的宇宙尘埃堆积下来，才可以解释高过正常值 200

倍的铱异常。若这一假定属实，其他痕量金属元素浓度也应以 200 倍左右的系数增加。

为此，阿佛雷兹小组分析了古比奥样品中的其他 27 种元素，包括钠、铝、稀土元素和其他非亲铁的痕量元素。除了铱的丰度增加了三十倍外，没有一种元素的含量超过正常值的二倍。与上下层位相比，界线黏土中的稀土元素反而贫化了。这就显得铱的“行为”更加反常。古地磁地层学并没有错： 用界线黏土异乎寻常的缓慢沉积速率无法解释这一异常，那么一定曾超乎寻常的加进富铱碎屑物质。

富含大量铂族元素碎屑的惟一的已知来源是地外物质。正是基于这一推理，路易斯·阿佛雷兹、瓦尔特·阿佛雷兹、阿萨罗和米歇尔等人在 1979 年这一不寻常的年份，率先为白垩纪末期事件的地外成因提供了铁的证据。

一再验证

为了进一步检验这一假说，阿萨罗又进行了一次试验。如果铱是地外成因的，那么其他亲铁元素也应在界线黏土中按比例富集。于是，他和米歇尔分析了丹麦鱼黏土中锇、铂、金、镍、钴的含量，伯恩市的克莱亨布尔（Urs Krähen-bühl）分析了石质陨石中这些元素对铱的相对丰度。阿萨罗在黏土样品中发现了非常接近的相关关系。

加纳派塞是把深海球粒确定为宇宙尘埃的科学家。当他从报纸上得悉柏克莱的研究组发现铱异常的消息后，立即对九种贵金属进行了分析。除了阿萨罗分析的元素外，又分析了钯、钌、铼。所有这些元素在陨石中均较富集， 但在地球表层却极为稀少。加纳派塞不仅证实了界线黏土中的铱异常，而且发现其他贵金属也有富集现象，除铼外，所有元素的丰度比值均与陨石相似。

加纳派塞注意到铼相对更为富集，是因为这一元素极易溶解，其超乎寻常的富集，只能用海洋化学过程来解释。但是，如果铼的丰度可能受到海洋化学过程的影响，那么怎能排除其他金属在界线黏土中发生类似富集作用的可能性呢？丹麦的界线黏土几乎不含碳酸盐，岩石呈黑色，而白垩则是完全由碳酸盐组成的。这种成分上的差别说明，在界线黏土沉积时期，海洋的化学环境异乎寻常。由此得出结论：如果铱和其他痕量元素的高含量是海洋化学过程的结果，那么在陆地沉积物中就不会有同样的异常。反之，如果铂族元素确系宇宙尘埃，那么不管沉积物形成于洋底抑或陆上，所有白垩纪—第三纪界线沉积物中都应一律发现铱异常。

阿佛雷兹父子从柏克莱古生物系的同事手中，得到了取自蒙大拿古冲积平原的样品。由于那里的白垩纪—第三纪界线是根据恐龙的灭绝以及花粉化石总数确定的，所以取样层位是在最后的恐龙化石层之上。花粉不同于恐龙骨骼，恐龙只有在极为特殊的情况下死亡，并得以保存时才能成为化石，而花粉却几乎无处不在。植物每年都要产生大量的花粉，而花粉的外皮有一层不易穿透的薄膜能防止腐朽。在湖泊、冲积平原或沼泽沉积物中常常保存一些花粉，变成岩石中的徽体化石。

古代有一种寄生植物，连同其近亲，被古植物学家统称为白垩纪鹰粉属植物群（Aquilapol1enites），显然与恐龙同时灭绝。在恐龙化石极少或不存在的地方，可以根据花粉的数目，确定鹰粉属的灭绝带，从而确定白垩纪

—第三纪的界线。

1980 年春，我们从科学管道获悉蒙大拿古冲积平原的界线层序中发现了铱异常。这一惊人的发现，足以使那些推测由于海洋化学状况引起铱异常的学者哑口无言。我一直在等待这一材料的发表，但却渺无音讯。是年 6 月， 在鲁塞尔于渥太华召集的一次界线问题讨论会上，我禁不住问阿萨罗：“蒙大拿剖面上的铱异常究竟见于什么部位？”

“在样品处理技师的白金结婚戒指里。”阿萨罗悻悻他说。

真是无巧不成书。他们新雇的一位样品处理技师新婚不久。她用铝箔包裹样品时，手指碰到了新买的白金结婚戒指。虽是轻轻一触，却足以使样品受到铂、金、铱三种亲铁元素的污染，致使柏克莱的科学家不得不尽弃前功， 重新采集样品。

柏克莱的研究组终于在蒙大拿的白垩纪—第三纪界线处发现了铱异常。但是由于结婚戒指引起的事故，使他们失去了领先的机会。罗沙拉摩斯

（Los Alamos）的研究组在拉顿（Raton）盆地的陆相沉积物中，率先发现了铱异常。

拉顿盆地是科罗拉多和新墨西哥境内桑格里·德·克列斯托（Sangre de Cristo）山脉以东的一个气候干燥的小型沉积盆地。驱车往来丹佛（Denver） 的驾驶人要经过令人不适的半沙漠地区，莫不尽快匆匆驶过。但在 6000 万

到 7000 万年前，这一地区却颇为温暖湿润。沼泽遍地、林木葱郁，与当代

的亚马逊河流域无异。河流洪水有时挟带着大量泥沙滚滚而来，把茂密的丛林埋在地下，年深日久，变质成煤，因此拉顿盆地是一个重要的煤矿区。

社会对煤的需求促进了该区地质历史的研究。为了查明该矿床，人们详细研究了路边出露的沉积地层，并在盆地中钻了许多钻孔，根据详细的化石鉴定确定了地层的古生物时代。而在该区西边的圣胡安地区，存有大量恐龙化石。但从采集到的恐龙化石分析，它们当年似乎没有进入到拉顿盆地的白垩纪森林，因此不得不用鹰粉属植物群的消亡，来确定拉顿盆地地层序列中的白垩纪—第三纪界线。人们从钻孔岩芯和公路边的露头上采集了样品。这些样品由罗沙拉摩斯实验室的奥思（Carl Orth）及其同事用最先进的中子活化分析法进行元素测定，其精度可达一万亿分之一，结果就在预计层位上发现了异常。那层白色界线黏土上覆煤层，下为泥状沉积物。最高铱浓度为5p.p.b.，是正常值的 250 倍。怀疑论者难道还能说，在大洋沉积物界线黏土中的过量铱是外部化学作用的结果吗？

在根据古植物资料确定的白垩纪—第三纪界线中发现铱异常，有力的说明陆地上鹰粉属植物群的灭绝，与海洋生物的灭绝同时。事实证明，铱异常是一种非常精确的事件标志。

但是，仍然有必要用地磁地层学方法来进行验证。如果陆地和海洋中的铱都来自同一次陨落事件，含铱异常的地层层位理应在 C-29-R 磁性地层期内。反之，如果在一个正向磁化期的沉积物中发现铱异常，那么地外撞击作用把铱元素同时散布到世界各地的理论就岌岌可危了。当时确实面临这一危险。

一位来自德州休斯顿石油公司的科学家于 1982 年研究了拉顿盆地的岩芯，发现富铱地层是在一套正极性的地层中，使许多人吓了一跳。但是，这位科学家忽视了一个重要的事实。众所周知，在某些情况下，沉积物在沉积很久之后会改变磁性。要揭示原来的磁性信号，必须经过一道消磁的操作程序，把后来的印迹洗掉，但他没有进行消磁就匆匆宣布了结果。后来，美国地调所的休梅克及其同事重新研究了拉顿盆地的同一套地层，获得了消磁后的清晰信号：所有接近界线沉积物的剩磁均属反极性期。

这时，柏克莱的科学家仍在蒙大拿的沉积物中苦苦搜寻铱异常。他们虽因白金戒指的污染而有些丧气，但并未失去信心。他们用一套新样品作了磁性地层测量和中子活化分析，结果与奥思和休梅克的资料不谋而合。他们在一个煤层之下的界线黏土中发现了铱异常。最大铱浓度为 4p.p.b.，与拉顿盆地的情况相似，而且也是在一个反极性期之内。在富铱层以下三公尺处， 发现了该区最后的恐龙化石，是霸王龙的一块股骨。它生活在铱陨落事件以前三万年之内。

但是，疑团并未因此冰释。因为休梅克研究的剖面并不很长，所得的“条码”太少，不足以确定拉顿盆地反极性沉积物确属 C-29-R 期，抑或属于另一个反极性期。柏克莱的科学家研究的样品，或从蒙大拿另三个地点得到的

样品虽然也属反极性期，但也面临同样问题。后来，加拿大科学家在北面阿尔柏它建立了一个无懈可击的剖面，证明恐龙确实是在 C-29-R 期间灭绝的。该地的界线位于一层火山灰中，可以用钾-氩法测年。这层火山灰是反极性的。放射性测年显示它沉积于 6500 万年以前，恰好是在 C-29-R 期。

提出一种像地外撞击说之类石破天惊的理论，来解释白垩纪生物灭绝那样充满争议的事件，一定会有人表示怀疑。为了查清这一问题，往后几年， 也就是 80 年代初期，凡是科学家所能使用的手段，几乎都用上了。目的就是要肯定或否定铱异常的宇宙成因。80 年代中，科学技术的发展异常迅速。一种叫作加速器质谱仪的超灵敏检测仪器发明了，可以对单个原子计数。用这个方法很快发现了丹麦界线黏土中的铱异常。然而，这种太过灵敏的仪器，从远在界线黏土之上的沉积物中也发现了铂的富集现象，说明宇宙星体陨落之后，确曾与海水发生过物质交换。虽然过量的铱仅限于界线黏土内， 但溶解的铂似在海水中滞留了一段时间，在地外事件发生后几千年才最终沉积下来。

铂的富集可能是由于化学沉淀这一事实，让怀疑论者重燃希望。铂既如此，铱异常为什么不能用正常的化学过程来解释呢？

耶鲁大学的图瑞肯（Karl Yurekian）是一位海洋地球化学家。在犹他州雪鸟城举办的讨论会期间，我们曾共进午餐。他告诉我，分析界线黏土中锇的同位素组成，可以一次解决全部有关宇宙成因或是地球成因的争论。

锇有两个稳定同位素，锇-186 和锇-187，锇-187 是铼-187 的衰变产物。由于放射性铼衰变生成锇-187，富铼的物质中自然也会有比锇-186 多的锇- 187。岩石圈中的铼含量要比陨石中多得多，所以陆源沉积物中锇-187 与锇

-186 的比值要高于宇宙陨落物。图瑞肯估计，在陆源岩石中这一比值应在十左右，但在陨石中却只有一。

图瑞肯说作就作。他还知道进行此项分析需要的 Cameca IMS-3f 离子探针。离子探针其实是一种特殊的质谱仪，堪称现代分析技术的又一奇迹。其优点是同加速器质谱仪一样，能够确定浓度极小的元素同位素组成。图瑞肯在热情的年轻助手协助下，测定了丹麦和拉顿盆地界线黏土样品的同位素组成，并与洋底取得的正常样品进行了比对。

测量结果显示，正常海洋沉积物的锇同位素比在 6 到 8.5 之间。这一数字并不像图瑞肯预言的陆源沉积物一样，正好等于十，因为所有的深海沉积物中都含有相当的宇宙混入物。界线黏土的锇同位素值则迥然有异。拉顿盆地的样品，锇同位素比在 1.29，丹麦的样品为 1.65。陨石标准值为 1，二者的偏差也是因为混染的结果，因为宇宙物质同地球物质混在一起造成的。

图瑞肯的研究工作是一种探索。试验之初，连他自己也颇多疑虑，但很快就对自己的资料建立了信心。之后，除了亲铁元素外，他又作了许多元素的同位素分析以及元素富集和贫化规律的研究，终于说服了怀疑者，白垩纪

—第三纪界线沉积物的特殊性确乎揭示白垩纪末期有地外物质的异常增

加。余下的问题是要确定地外物源的性质。过量的亲铁元素究竟是来自一个类星体呢，还是一颗彗星，或是来自一颗超新星的爆炸呢？

小行星抑或彗星

超新星灾变的思想最先由杜宾根的古生物学家辛德沃尔夫（ Otto schindelwolf）提出。

超新星是一种正在发生爆炸的星体。一颗超新星能够发射出 1052 尔格的能量，相当于 100 亿个太阳的能量，或者哈雷级彗星撞击能的 1021 倍。在如此巨大的能量中，只有极少的一部分以辐射光的形式发出，能到达地球的只是其中更小的一部分。但是即使相距远达 100 光年，仍能对地球环境产生一定的影响。如果与地球的距离缩小一倍，爆炸的辐射能将会严重的危及生命。

有人估计，每隔 7000 万年左右就有一次距离地球 50 光年的超新星爆炸。当阿佛雷兹第一次获得宇宙成因的铱富集标志时，他们以为已经抓到了这种爆炸的证据。于是，超新星爆炸引起生物大规模灭绝的想法马上传开了。阿佛雷兹原来的推理，是根据一位斯克里普斯化学家朋友所作的重要分析。铱有两个同位素——铱-191 和铱-193。不同的超新星产生的铱，具有不同的同位素比。天文学家认为，众多超新星的爆炸碎屑，在漫长的时间内积聚而成太阳系。既然太阳和行星都是由各色各样的碎屑浓缩而成，那么太阳系内的铱同位素比，无论是地球还是陨石，都应接近于多个超新星的平均值，而这一平均值是已知的。如果后来有某一个超新星的新碎屑落到地球表面，那么含有这一碎屑的层位，应具有与太阳系平均值不同的铱同位素比值。柏克莱的阿萨罗和米歇尔用中子活化法研究了界线黏土的铱同位素组成，并与其他层位的正常值进行了对比。

首次测量结果使他们相信，界线黏土中的铱是来自一颗超新星，因为其铱同位素比率与太阳系的平均值有 5％的偏差。然而，第二次测量却出现了 5

％的反向偏差。事实迫使他们不得不怀疑这是一种分析误差。概率分析也使路易斯·阿佛雷兹觉得，超新星爆炸不像一种合理的解释。古比奥样品中的铱含量太高了，除非爆炸超新星的距离缩短到十分之一光年，或者说略多于光速一个月的行程。与太阳系如此接近的超新星爆炸机率在过去的一亿年中为十亿分之一，即一亿个十亿年内只会有一次。地球的历史只有 45 亿年。

1979 年底，柏克莱的研究组终于确认他们被实验误差引入了歧途。进一步的测试发现，界线黏土的铱同位素比确与太阳系其他地方无甚差别。

根据天文物理理论预测，超新星爆炸过程中，由于捕获中子而形成的重元素具有一定比例，每 1000 个铱原子就要有一个钋-244。钋-244 是放射性元素，半衰期长达 8050 万年，分裂十分缓慢。如果宇宙尘埃来自 6500 万年前的超新星爆炸，那么仍应有一半以上的钋-244 残存，用中子活化分析不难

发现它们。于是，中子侦探再次被召到“犯罪现场”，但是却未发现钋-244。事实排除了爆炸超新星的角逐资格，余下就只有在小行星和彗星中选择

罪魁祸首了。

阿佛雷兹倾向于主张是小行星，他们指的就是阿波罗星体。虽然威瑟里尔已从理论上指出，这些轨道与地球重叠的星体其实不过是排气以后的彗星，但仍有人认为它们更像因为路过星球的引力干扰，而从正常轨道中甩出来的小行星。不过，无论其成因如何，阿波罗星体终究是固体岩石，而彗星则是冰组成的星体。

要判别这两种星体似乎并非不可能。尤其如果克鲁普和纳皮尔提出的所谓彗星乃系太阳系外的俘虏之说不谬，我们是否可用小行星和彗星化学成分的差别来区别它们，或者说，可否用中子来查明 6500 万年前撞击地球的两个嫌疑犯呢？布朗利（D.E.Brownlee）等人从同温层采集了一些由彗星分解而成的尘埃颗粒，其直径只有 50 至 5 公毫（micrometer）。分析结果显示， 其成分与石质陨石（类似小行星）完全一致，哈利岱（Ian Halliday）所作的彗星碎屑光谱分析也得到了相同的结果。看来，依仗成分差别区分两颗星体的努力未获成功，中子已经完成了它所能承担的侦缉任务。

如果连最强有力的法医武器都无法区分彗星和小行星，那么是否可以再回到原始的侦寻技术呢？毕竟至少应该有一个“罪犯”埋身的撞击坑吧！我们许多人对以下事实颇有兴趣：在苏联南部和西伯利亚北部，至少有四五个撞击坑的年龄在 6500 万年左右。这些撞击坑都不大，乌克兰的卡缅斯克

（Kamensk）撞击坑，直径只有 25 公里，最大的一个撞击坑位于西伯利亚的

卡拉（Kara）附近，其直径为 60 公里，但年代不详。一个一兆（trillion，

即万亿）吨的巨大陨星击成的撞击坑直径应在 200 至 300 公里左右。可以设想，苏联的那些撞击坑确是白垩纪末期撞击作用的产物，问题是为什么出现一群小坑而不是一个大坑。也可从另一种设想考虑，即这一星体可能落进了无边无际的大洋。1985 年，南非的哈特纳迪（Chris Hartnady）写信告诉我， 他在印度洋塞昔耳群岛（Seychel1es）西南方发现了一个年龄恰如所期、而直径也达到 300 公里的撞击坑。海洋资料的初步研究已经证实了这一设想。科学家正在考虑安排一个深海钻探航次，好确定这一海底巨坑是否一颗陨星的墓穴。