但这种起伏的时间尺度相对于太阳系通过某个旋臂所用时间(以千万年为尺度)而言是很短的,所以不至于改变地球在旋臂内是处于温暖期的总趋势。在温暖期,化学反应易于进行,地球大气中的C02含量一般应较高。此外,小行星或彗星的撞击以及火山活动所引起的烟尘等会使其含量更高,这与地史实测资料也是基本相符的。
与旋臂内的情况不同,在旋臂外则存在大尺度的均匀环境。那里的气体和尘埃密度较低,正在形成恒星的场所也很少。当地球跟随太阳运行到旋臂外时,上述有关天体对地球的作用必然较弱,诸如直径上千米的小行星和彗星之类的天体撞到地球上的机会更是稀少。因此不会发生象在旋臂内那样的突发性全球巨变。同时,相对在旋臂内的温暖期而言,地球在旋臂外必然较为寒冷,亦即处在冰期。与之相应的是在旋臂外,地球大气的C02含量也会较低。在大冰期内地球的温度也是有起伏的,例如存在时间尺度约为几十万年的亚冰期和亚间冰期,以及时间尺度约为几万年的副冰期和副间冰期等,但那不是由于银河系大尺度环境变化所致,而主要是由于日地系统内有关天文参数的变化所致。
4.3近6亿年来各类全球巨变特性的对比
全球性是各类巨变的一个共同点。大冰期是相对温暖期而‘言的,都是由于地球所处的银河系环境的变化所致,这种环境变化对地球的影响必然是全球性的。至于小行星或彗星对地球的撞击,虽然起初只是作用在地球的局部区域。但因其强度很大以及在单位时间内的作用次数很多,以致造成波及全球的影响。
准周期性是各类巨变的又一个共同点。准周期性是指各类巨变具有重复发生的特点,但间隔时间并不严格相等。这用日地系统相继穿越各个银河旋臂所需的时间不尽相等的观点能较好地得到解释。而无须作出太阳“伴星”周期性地接近太阳系外层彗星群那样的假设;也无须考虑太阳系穿越银道面上下的往返运动。后者把地质纪的分界有时归因于太阳穿越银道面,有时又归因于太阳远离银道面,这在物理上是难以令人理解的。因为银道面及其上下的天体物理环境是明显不同的。
各类巨变的相位关系也易于用银河旋臂成因作出统一的解释。生物灭绝、地磁倒转等巨变往往是同步发生的,因为它们分别是旋臂内有关天体撞击地球后的初级效应和次级效应。而大冰期则总是同生物灭绝等巨变相差一个位相,因为它们分别是地球处在旋臂外部和内部时所发生的事件。
此外,由于旋臂内外有关天体的作用方式及其效应的差别,特别是小行星等天体对地球的直接撞击与通过太阳辐射强弱的变化间接对地球施加影响的不同,才导致大冰期是持续时间很长的渐发性事件,而生物大量灭绝等则是持续时间相对较短的突发性事件。
不但各类全球巨变事件往往具有不同的特性,而且同类全球巨变事件在各个阶段的特性也会有所不同。例如,在已知的四大冰期中,以奥陶一志留纪冰期持续时间较短(约6000万年),这可能与地球在旋臂1和旋臂2之间所走的路径较短有关(见图4)。同理,地球在旋臂3和旋臂4之间所走的路径也较短,似乎也对应着一个冰期[图1(a)中的D点],但这有待于地史资料的进一步证实。
铱元素含量的异常情况在各次生物大量灭绝事件中也很不相同,以距今最近(约6500万年)的那次灭绝事件显得最为明显。而距今愈久远的事件铱元素含量的异常情况则愈不明显。这既同愈久远的事件愈不易保留下地史踪迹有关,也可能同形成撞击天体的原恒星云的年龄有关。距今愈久远的原恒星云,所含有的其他恒星死亡时留下的重元素碎块及其灰烬愈少,相应的铱类元素的含量自然要低些。
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