火与恐龙

白垩纪时期的大火是如何影响恐龙族群的呢？一些恐龙骨床可能是火后侵蚀、洪水泛滥和快速沉积的结果吗？这个问题最早在怀特岛的研究中被提出来。其中一个主要的恐龙带，即棱齿龙（Hypsilophodon）带，含有化石木炭，但却没有足够的数据可以让我们得出任何明确的结论。

加拿大阿尔伯塔省的省级恐龙公园是地球上发现恐龙化石最丰富的地方之一。许多恐龙化石在加拿大德拉姆海勒的泰瑞尔博物馆（Tyrell Museum）展出。从这些沉积物中没有发现木炭，但如果白垩纪火灾频发、烈焰纷飞，那么木炭就肯定存在。当我从博物馆出来爬台阶来到一个观景台时，突然看到好几个有化石木炭的地层，你可以想象我当时有多惊讶！美国得克萨斯州和法国的其他恐龙地质带后来也被证明含有木炭。对恐龙骨矿物带的最新研究最终将火灾和灾后洪水事件列为形成骨矿物带的部分原因。白垩纪晚期的火灾有着重大影响，我们在重构生态系统时必须考虑到这一点。现在的一些艺术家常常把火和恐龙画在同一个场景中。

白垩纪大火世界复原彩图，图为恐龙（似鸵龙）正在逃离火灾。

火灾特征的演进

火可能对生物进化也有影响。在化石记录中的另一个大火高发时期，即古生代晚期，我们认为植物为应对火灾进行了特征的进化。二叠纪时期的生物大灭绝本质上“重置”了这些特征的进化。我们知道现代世界的许多植物群落有应对甚至利用火灾的特征。那么，这些特征是什么时候进化而来的呢？

直到大约 20 年前，想要弄清这些特征出现的原因，科学家只能对化石进行研究。分子生物学方面的进步引发了所谓的分子系统发育学的新发展。这种技术将生物之间脱氧核糖核酸（DNA）代码的差异和近似的突变率作为分子钟，使我们能够推断出群体之间的关系，并估计它们是在何时从共同的祖先那里分裂出来的。我们可以用这种方法来追踪特定树枝的耐火特征的起源。对松科植物的这类分析表明，像耐火树皮这样的特征起源于白垩纪的大火时期。山龙眼科植物，即包括班克斯花（Banksia）在内的一种开花植物，也有许多可以追溯到白垩纪时期的耐火特征。这个基于现代植物的脱氧核糖核酸测试的结论，已被来自澳大利亚白垩纪岩石中最早的山龙眼科植物化石所证实。最早的松树也是在加拿大以木炭化石的形式被发现的，使这一种群直接与野火联系在一起。以上两线的证据清楚表明今天许多植物的耐火特征起源于白垩纪，这进一步有力地证实了白垩纪确实是一个烈火熊熊燃烧的世界的观点。

在新斯科舍省乔金斯市发现的石炭纪晚期（3亿年前）树状石松植物，树干中充满了砂岩。

火灾可能以其他方式影响生态系统。对现代野火的研究表明，火灾可能会影响磷元素的循环。正如所有园丁都知道的那样，磷是植物生长所必需的营养物质——它是一种重要的肥料。李·坎普（Lee Kump）展示了火对磷循环的影响。如果在火灾中磷被燃烧，它有可能被转移到其他环境，并影响那里的植物生长。如果白垩纪有规模非常大的系列火灾，这可能导致磷暂时流入海洋环境。这将导致海藻的快速和广泛生长。这种生长迅速但寿命短暂的植物的腐烂会耗尽水中的氧气，导致海洋缺氧。这种缺氧间隔期以富含有机物质的黑色页岩的形式出现在岩石记录中，并且早期研究表明其中一些可能会证明发生了火灾。

那么 6600 万年前的白垩纪晚期的世界会是什么样子呢？显然，就植被而言，这是一个更加现代的世界，整个景观中既有针叶树也有开花树，但它仍然是一个由恐龙主宰的世界。我们唯一想知道的是：在这个大火肆虐、大片植物被定时烧毁的世界里，恐龙是如何生存下来的。

一场全球性大火

恐龙的灭绝一直是科学家和普罗大众着迷的话题。1980年，在白垩纪-古近纪交界的沉积物中发现了一层薄薄的铱元素，那只可能来自小行星撞击，这指向一个可能的原因（图 47）。这一说法并非没有争议，尽管墨西哥的希克苏鲁伯陨石坑后来被确定为撞击地点，但对于撞击是否是白垩纪晚期生物大灭绝的唯一原因，仍存在一些分歧。这一时期还爆发了大规模的火山活动，大量熔岩涌出，形成了现在印度德干暗色岩（Deccan Traps）的平坦地形。这种火山活动也会对大气产生深远的影响，并且还会改变气候。与我们的故事紧密相关的是， 在撞击假说发表后不久，一些研究人员提出，在小行星撞击地球之后，发生了全球性大火。这个假设是基于在世界几个地方的深海遗址中发现了烟尘。这个想法很有吸引力，并且流行开来。所以，即使在今天，大多数对希克苏鲁伯撞击的模拟复盘也包括了一场全球性大火。但这是真的吗？

对此，我表示怀疑。这种说法存在两个问题：第一个是我们对火灾如何引发和蔓延的了解；第二个是证据本身的性质。

正如我们在第一章中谈论到的，火并不是在所有生态系统中自然发生的。火燃烧的可能性取决于三个因素——燃料、湿度和火源。必须有足够的燃料，火才能被点燃和蔓延。我们已经看到，燃料分布不均时，火因燃料耗尽而熄灭。我们还发现，燃料的水分含量也至关重要。如果燃料水分含量太高，那么火就不会燃烧——因为所有的热能都用于蒸发水分，而不是分解纤维素和木质素来提供可燃气体。有些地方特别潮湿，要让它们变干可能需要相当多的热量。然而，正如我们已经看到的那样，如果大气中有比今天更高的含氧量，就可能使更潮湿的植物燃烧起来。但即使那样，也不是所有的植物都会着火。

着火后，火势会蔓延。但有湖泊和河流等自然屏障，也有些植物生长在靠近水边的非常潮湿的土壤中，很难想象火怎么能在所有地方同时发生。因此，发生一场全球性的大火似乎不太可能。如果所有的植物都立刻被点燃的话，产生的火焰会非常炽热，所有的动物都会被这样的大火烧死，即使是那些钻入土壤的动物也难以幸免。

印度尼西亚的泥炭火灾

大火还会带来其他后果。特别是大面积的植被将被毁灭，从而导致大面积的灾后侵蚀。我们应该看到过烧过的泥炭表面和数量相当庞大的来自鲜活植物的木炭。在白垩纪 - 古近纪交界的五个地方发现的木炭有一半以上来自腐烂的植物碎片，而不是活体植物。而且，没有证据表明在其他流星撞击地球后发生了重大火灾。支持发生过全球性火灾的证据是地质边界层中的烟尘量和燃烧后的地球化学标志物，而且这两个标志物都来自海洋。但是我们知道，在白垩纪晚期，火灾频繁发生，火灾标志物，包括木炭，可以很容易地被运输到海洋。烟尘沉积需要明确与撞击层相关联，而不是在撞击之前或之后立即发生火灾的结果， 因为死亡的植物易燃，可能被闪电点燃。运输、沉积和保存也会导致海洋环境中的集中效应。

那么来自陆地的证据呢？美国新墨西哥州有个地方叫作苏加里特（Sugarite），那里的冲击层是在煤层中发现的。这有助于确定撞击前、撞击中和撞击后木炭（惰质组）在煤中的分布情况。在两个地质时代交替时间前后都发现了大量的火灾证据， 在边界处不是特别集中，这不足为奇（至少对我来说如此）。同时也没有燃烧的泥炭表面或火后侵蚀的证据。这是距离与希克苏鲁伯撞击陨石坑有关的最近的陆地遗址，因此可能受到的影响也是最大的。尽管我们有所怀疑，但在陆地上小行星撞击边界地点的木炭分布方面还需要更详细的工作。我和我的同事玛格丽特·科林森以及我们的研究生克莱尔·贝尔彻开始了一系列横跨北美的从美国南部到加拿大边境的研究。跨越边界的大量岩石也被挖掘出来。把这些岩石切割和抛光横截面，我们就可以研究岩石中的木炭带，并准确地知道它们相对于冲击层的位置。

这项工作证实，木炭出现在两个地质时代交替之前和之后。尽管在撞击层中发现了一些木炭，但它们的性质并无不同，也没有更高的聚集度。当然，撞击层是在较短的时间内沉积的， 但是正如我们已经从现代野火研究中看到的那样，在野火发生后，大量的木炭可以非常迅速地积累。同样，这里没有受热表面或任何火后侵蚀沉积物的迹象。

支持曾发生全球性火灾的观点持续存在的一个原因是：小行星撞击的早期模型表明，撞击会产生非常高的温度。当然，反方观点认为，即使温度过高，那么一定是发生重大火灾造成的吗？但是，随着模型的不断改进，计算出的温度后来被向下修正了。

烟尘和燃烧的地球化学标志物的证据呢？新的研究表明， 有许多烟尘颗粒是化石燃料燃烧的特征。小行星撞击的岩石里被发现含有矿物燃料沉积物，这些沉积物可能在撞击过程中蒸发掉。此外，从陆地上采集的地球化学标志物的成分更像化石燃料燃烧形成的，而不是来自活的植物燃烧。

所以我们现在似乎达成了很好的共识。在白垩纪 - 古近纪交界前后的数百年中，系列火灾反复发生。大多数科学家认为， 一些局部火灾可能是由小行星与地球撞击引发的，但其产生的温度不够高，持续时间也不够长，无法导致全球性火灾。然而， 这个说法可能会被持续争论下去。

燃烧的星球：火的自然史

[英] 安德鲁·C. 斯科特（Andrew C. Scott）

张弓 李伟彬 译

2023年1月出版/定价79.00元

ISBN 978-7-5228-0912-0

近年来，肆虐的森林大火已经摧毁了世界各地的大片地区，预计由于气候变化，我们将在未来看到更多这样的情况。但这不是什么新鲜事，野火在地球上存在了数亿年，大规模的火灾在塑造地球生命方面发挥了重要作用。

安德鲁 · 斯科特讲述了火灾对地球大气、气候、植被、生态以及动植物进化的影响。它已经造成了大规模的物种灭绝，并且推动了被子植物的传播。

我们现在可以利用的令人兴奋的证据已经保存在木炭化石中，这些化石来自世界各地，存在于数亿年前的岩石中。它们揭示了史前植物令人难以置信的精细细节，告诉我们地球历史深处的变化。它们也让我们了解早期原始人类和人类是如何驯服和使用火的。

斯科特提出了我们在未来如何更好地管理森林火的思考，因为气候变化对我们世界的影响越来越大。

[美] 安德鲁·C.斯科特（Andrew C.Scott），国际地质学和自然火研究领域的杰出专家，伦敦大学皇家霍洛威学院地质学名誉教授和荣誉退休研究员。著有《地球之火》（Fire on Earth: An Introduction）等作品。

张弓，成都理工大学外国语学院教授，MTI硕士研究生导师，加拿大里贾纳大学高级访问学者。研究方向为翻译理论及实践、英语教学等。出版专著四部，其中《四川省大学生写作能力发展研究》获四川省哲学社会科学优秀成果三等奖。译著《未来简史》（长江少年儿童出版社）获“天府翻译奖”译著类二等奖。

李伟彬，成都信息工程大学教授，成都理工大学、西南民族大学客座教授，长期致力于翻译研究与实践工作。出版译著12部，发表学术论文30 余篇，承担省部级科研项目20余项。担任四川省应用外语研究会会长，四川省语言服务基地主任等职。

★国际地质学和自然火研究领域的杰出专家，伦敦大学皇家霍洛威学院地质学名誉教授和荣退研究员安德鲁·C.斯科特通过木炭化石留下的证据，追溯4亿年野火的故事。讲述火对地球和生命的重要影响，以及人类是如何驯服和使用火的。

★火一种非凡的自然力量，它与水、冰和板块构造一起塑造了我们生存的星球。

★对于21世纪的人类来说，野火是可怕的，它失控肆虐，破坏家园。我们要找到应对野火的策略，就必须了解它漫长的历史。

★丰富的彩色和黑白插图，文字专业凝练。

一部优秀而有趣的作品。对非专业读者来说，它切中要害，同时包括一些迷人的科学见解。书中的图片非常好，对读者理解内容很有帮助。我把这本书推荐给所有人。

—— The Geological Society

斯科特对这个主题的投入以及他在这里重建的历史令人惊叹。推荐给对地球深层历史和古生物学有兴趣的读者。

—— The Inquisitive Biologist

斯科特对木炭化石的研究带我们发现了一个令人震惊的过去，他记录了植物、气候和氧气水平的变化。在火灾风险和供水威胁增加的时代，这是一本非常及时的书。

—— Nature

斯科特为我们研究和了解地球历史上的火灾提供了一个新的视角，通过这个视角我们可以了解过去4.5亿年间植物、动物、地貌和气候的演变，并考虑火对人类福祉可能产生的影响。

——Jennifer A. Clack，剑桥大学古脊椎动物学名誉教授

这种深层次的地球史标明，火一直与我们同在，并提出了一个问题，未来我们应该如何与它共存。

—— Peter Crane 爵士，Oak Spring Garden Foundation 主席，the Royal Botanic Garden Kew 前董事

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策划：张思莹

编辑：丁曼泽

审校：柳   杨