一、中国第一龙乡的由来
1902年，俄罗斯军官马纳金（Manakin）从黑龙江畔的渔民手中获得一些动物骨骼化石。据渔民所说，化石采自中国境内黑龙江边的石崖下（现今的嘉荫龙骨山）。这一消息被媒体报道而引起地质学者的关注。1916年和1917年的夏天，俄罗斯地质委员会委派技师斯梯帕诺夫（Stepanov）率队前往嘉荫龙骨山一带开展发掘。所获化石被运送到圣彼得堡进行修复和研究。在恐龙学家里亚宾宁（Riabinin）指导下，斯梯帕诺夫于1925年成功装架一具恐龙化石。1930年，里亚宾宁将其命名为黑龙江满洲龙，归之于鸭嘴龙类。这一化石标本目前保存在圣彼得堡全俄地质博物馆内（图1）。
图1 圣彼得堡全俄地质博物馆中的黑龙江满洲龙化石
1977年至2001年，黑龙江省博物馆、黑龙江省地质博物馆、原长春地质学院（现吉林大学）等单位，在嘉萌龙骨山、乌拉嘎等地上白垩统渔亮子组岩层中发掘出恐龙化石数千件。经修复后组装成完整的恐龙化石骨架，陈列于国内多座博物馆中，如黑龙江省博物馆、黑龙江省地质博物馆、伊春市博物馆、嘉荫神州恐龙博物馆（图2）、吉林大学地质博物馆、中国地质大学逸夫博物馆等,获得良好的科普效果。
图2 嘉荫神州恐龙博物馆（左）展出的黑龙江满洲龙化石（右）
2001年12月，国土资源部批准建立黑龙江嘉荫恐龙国家地质公园。园内的神州恐龙博物馆所在地及其周围，即为著名的龙骨山,我国第一具恐龙化石发掘地纪念碑矗立于此（图3）。2018年6月，中国古生物学会授予嘉荫“中国第一龙乡”称号，为嘉荫恐龙国家地质公园增添了一道“画龙点睛”式的风景（图4）。
图3 神州第一恐龙发掘地纪念碑（沈建林摄于2023年5月）
图4 嘉荫恐龙国家地质公园内“中国第一龙乡”石刻（沈建林摄于2023年5月）
二、第五次生物大灭绝与小行星撞击事件
地球历史上曾经发生过五次生物大灭绝（图5），其中白垩纪末期发生的第五次生物大灭绝造成恐龙等生物灭绝。地层剖面上表现为，白垩系中可见恐龙化石，其上的古近系则无恐龙化石。二者之间的分界线称为K-Pg界线或K-T界线（其中K表示白垩系，Pg表示古近系，T表示第三系，包含古近系和新近系）。对于引发第五次生物大灭绝的原因，学者们提出了多种假说。
图5 地球历史上五次生物大灭绝发生的时间
20世纪70年代中期，美国地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯（Walter Alvarez）在意大利古比奥研究地层剖面时，发现K-Pg界线上有一层厚约1厘米的不含化石的黏土层，横向分布非常稳定（图6）。他的父亲是一位获得过诺贝尔奖的物理学家，建议对这一黏土层的样品进行铱元素含量检测。检测结果表明样品中的铱含量异常，比正常值高出30倍。之后在丹麦、西班牙、新西兰、北美等地相同层位的样品中也发现铱异常。1980年6月，阿尔瓦雷斯父子与同事在《科学》杂志上发表论文，提出K-Pg界线的铱异常是由一颗小行星撞击地球产生的。由此在全世界范围内，激起了对恐龙灭绝原因的探索和争论的热潮。许多热心人士也开始搜寻由这颗小行星撞击地球所生成的陨石坑。
图6 阿尔瓦雷斯父子在意大利古比奥K-Pg界线留影
通过综合海啸沉积物、微玻璃陨石、石油钻井岩芯、地球物理勘探资料等多方面的证据，亚利桑那大学研究生艾伦·希尔德布兰德（Alan Hildebrand）等人于1991年认定，在墨西哥尤卡坦半岛北部及相邻海域存在一个隐伏陨石坑。根据当地一个村庄的名称，这一陨石坑被命名为希克苏鲁伯陨石坑（Chicxulub crater）。 进一步的研究表明，希克苏鲁伯陨石坑直径达180千米，坑深超过20千米，被500-1100米厚的沉积岩层所覆盖。同位素测年数据显示其形成时间为白垩纪末期，表明K-Pg界线的铱异常与希克苏鲁伯陨石坑的形成有关。
目前有多种版本的科普影视片，描绘了希克苏鲁伯陨石坑形成时的场景以及造成的后果（图7、图8）。6600万年前的一天，一颗直径超过10千米、质量达3000亿吨的小行星，以25千米/秒的速度从太空撞向尤卡坦半岛北部，释放出相当于数十亿颗广岛原子弹爆炸产生的能量。瞬间的极高温度使这颗小行星及撞击坑内的岩石蒸发，在大气层以外凝结成微小的玻璃陨石落向地面。撞击溅射物则如同密集的陨石雨从天而降砸向地面。小行星的撞击也引发了海啸、地震、滑坡、大火、暴风、酸雨等灾害，遮天蔽日的尘埃和有毒气体长时间笼罩地球。从而造成地球历史上的第五次生物大灭绝。
图7 希克苏鲁伯陨石坑位置
图8 白垩纪末期小行星撞击地球形成希克苏鲁伯陨石坑示意图
三、嘉荫K-Pg界线的确定与当地恐龙灭绝的原因
中国是全球陆相白垩纪地层发育最全的国家之一，黑龙江畔的嘉荫县具有研究陆相K-Pg界线的有利条件。为此国家自然科学基金设立了“黑龙江流域白垩纪生物群及K-T界线研究”这一重大国际合作项目，由古生物学家孙革教授领衔，来自中、俄、德、美、英、比、日、韩、巴西等国的20余位学者合作开展项目实施。
从2002年至2011年，项目团队沿黑龙江两岸考察了中、俄境内的十余条地层剖面，应用孢粉化石组合与同位素测年数据完善了相关地层划分。由于第四系覆盖等原因，地表未发现可用于K-Pg界线测定的露头剖面，因而在嘉荫县乌云镇小河沿村以南实施了3口井的取芯钻探工程。钻孔编号为XHY-2005、XHY-2006、XHY-2008，钻孔总长度为342.63米。
通过分析岩芯中的孢粉化石组合，结合古地磁、同位素测年等方面的数据，最终确定XHY-2006钻孔22.00-22.05米岩芯段所对应的层位为K-Pg界线。2011年8月24日，嘉荫K-Pg界线点立碑仪式在XHY-2006钻孔前隆重举行（图9）。这是我国首个具有国际对比标准的陆相K-Pg界线点，被列入全球K-Pg（K-T）界线第95号点。
图9 我国首个陆相K-Pg界线点立碑仪式和立碑地点
嘉荫K-Pg界线的确定，引发了人们对这里是否存在铱异常以及对当地恐龙灭绝原因的关注。
嘉荫K-Pg界线经检测并未发现铱异常。这很容易理解，以地球面积之大，不同地区的地理环境和气候条件都有差别，小行星撞击地球产生的具有铱异常的粉尘等物，不可能完全均匀地覆盖整个地球表面。以希克苏鲁伯陨石坑所在的北美洲为例，截止2008年这里共确定85个K-Pg界线点，其中有41个点未发现铱异常。
嘉荫地区的恐龙化石，主要产自上白垩统渔亮子组河流相砾岩和砂岩中。其上覆地层为上白垩统富饶组，岩性主要为湖相灰绿色砂岩、粉砂岩和泥岩夹多层凝灰岩，反映本地当时曾多次发生火山活动。XHY-2005钻孔穿过K-Pg界线进入富饶组75米（表1），未见到任何恐龙化石。根据富饶组湖相岩层可能的沉积速率推测，至少在K-Pg界线形成之前数十万年，当地的恐龙可能就已经灭绝了。这意味着嘉荫地区的恐龙灭绝，与白垩纪末期小行星撞击地球的事件无关。
根据已有的地质资料可知，距今6740万年前至白垩纪末期，印度德干高原发生多次持续时间长且规模巨大的火山喷发，喷出的熔岩覆盖面积达150多万平方千米。经过长期的风化和流水剥蚀等作用，目前德干高原上残留的熔岩分布面积仍有51.2万平方千米，最大厚度超过2000米，体积超过50万立方千米。
许多学者认为，德干高原火山强烈喷发产生的大量有害物质，使全球恐龙等生物走上了衰落和灭绝之路。嘉荫地区的恐龙可能就是在这一背景下，进一步遭受本地火山喷发等灾害的打击而灭绝的。
尽管德干高原火山强烈喷发事件是恐龙等生物走向灭绝的重要影响因素，但白垩纪末期创造出希克苏鲁伯陨石坑的小行星撞击事件，毫无疑问对地球历史上的第五次生物大灭绝起到最终一击定局的作用。
参考文献
[1] 刘强.北美洲已确认的60个陨石坑简介.微信公众号:中科院地质地球所,2018-02-28.
[2] 孙革,董枝明,等.黑龙江嘉荫晚白垩世-古新世生物群、K-Pg界线及恐龙灭绝[M].上海:科技教育出版社,2014.
[3] 沃尔特·阿尔瓦雷斯.霸王龙和陨星坑-天体撞击如何导致物种灭绝[M].马星垣,车宝印,译.上海:科技教育出版社,2001.
沈建林 2023年6月6日