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在恐龙灭绝的众多学说中最引人瞩目的是“小行星撞击”说。1978年，诺贝尔物理学奖获得者路易·阿尔瓦雷斯和他的儿子、地质学家沃尔特·阿尔瓦雷斯以及两位原子化学家弗兰克·阿萨罗和海伦·米歇尔，共同提出了一个有关恐龙灭绝的理论。因为他们都在美国加州大学“贝克莱理论”。他们在意大利亚平宁山脉古比奥附近的白垩纪至第三纪地层的交界处采到岩石样品中发现，在2厘米厚的红色粘土中铱的含量较高，比正常含量高30倍。铱属于铂族元素，在地球表面相当稀少，大多集中于地核。在太阳系的其他星球上它的含量颇高，如小行星与陨石上的铱含量就比地球上的含量高一万倍。此外，他们在看到的地层内也找到了与小行星相同的金、铂等元素。为此，他们提出：在6 500万年以前的白垩纪末期，一颗直径为10公里、重约127 000亿吨的小行星以每小时10 000公里的速度与地球相撞，最初的冲击波直径可达400～500公里。这突如其来的劫难必然引起海啸以及火山爆发。这个小行星也可能自身气化，向太空散发出煤气和水蒸汽，形成体积比小行星大100倍的尘埃。这些气体和尘埃弥漫于大气层，使日月无光，天昏地暗，阳光无法穿过大气层，造成了”核冬天效应“。植物因无法进行光合作用而死亡，食物链中断了，恐龙以及绝大多数中生代生物便灭绝了。另一方面，光合作用被抵制后，大气中的辐射热增强了，形成了含氮的酸雨，或释放出砷、锇等有毒元素。在这自然条件下，恐龙便在劫难逃了。
“小行星撞击说”的主要证据是富含铱元素的地层的存在。除意大利外，最近10年里丹麦、西班牙、美国、加拿大、新西兰等国在T / K交界处发现了几十处富含铱的地层。1983年，在我国西藏岗巴地区T / K交界处的界面上有一层一二厘米厚的粘土，其中富集着贵金属铂、铱等。研究者还发现了撞击后形成的冲击石英、长石微球粒和薄片状的变形物质。分子学实验证明，这些都是被地球以外物体快速撞击后形成的。在这个T / K交界处还发现植物化石发生了变化，例如孢子数量急剧增加的蕨类化石。这可能是撞击后自然条件恶化所致。
这个理论问世后不少人表示赞同，但也有人持反对意见。例如，一位法国的火山专家就提出火山爆发时，岩浆也能把铱从地球最深处带到地表。他指出，在印度以及俄罗斯的西伯利亚发现的富含铱的地层就是由火山爆发而形成的。这个理论的最大弱点是：小行星落地后必然会形成陨石坑，如今这个陨石坑在何处呢？这个陨石坑必须是白垩纪晚期的，且直径不得小于100公里。有不少人参加了寻找陨石坑的工作。虽然有人声称已经找到了，但绝大多数都证据不足。于是，提倡这一理论的人说，可能落到海底去了。1990年，有人宣布在墨西哥的尤卡坦半岛的西北部找到了时代为白垩纪晚期、直径为180公里的陨石坑，可能是爆炸后留下的废墟或遗址。但这里落在海底的，不会导致恐龙灭绝。
主张祸从天降的另一位著名科学家是瑞士籍的华裔海洋地质学权威许靖华教授，他是彗星撞击地球学说的倡导人。早在20世纪80年代他就发表论文指出：恐龙灭绝的原因并不是小行星撞击地球，而是彗星撞击地球的结果。他曾经写过一本高级科普读物，书名叫做《祸从天降——恐龙灭绝之谜》，这本书畅销于许多国家。他认为化学污染才是造成大规模恐龙灭绝的根本原因。如果彗星以每秒20公里的速度冲向地球，就会引起爆炸。爆炸后，彗星上的大部分物质会化为气体和尘埃，这些尘埃散落到世界各地，形成了富含铱的地层。彗星与地球的撞击也可能引起火山的喷发。而彗星更大的危害是能带来大量的氰化物。这类物质溶入水中会污染水体，使海洋中的浮游生物大量死亡。由于氰化物的影响，许多低等植物和裸子植物的数量大为减少，有机物吸收二氧化碳的作用急剧下降。有机物的分解，又放出大量的二氧化碳，使绝大多数的二氧化碳在空中积累起来。许靖华教授根据深海钻探的资料指出，在白垩纪末期的40 000年中，大气中二氧化碳的含量增加了8倍，这就使气温急剧升高，恐龙因不能适应这样的环境而灭绝。
彗星撞击地球后放出的氰化物能破坏臭氧层，使过量的紫外线照射地面和水面，致使许多生物因基因突变而死亡。有的科学家认为，爬行动物鳄、龟、鳖、蛇、蜥蜴所以能够保存下来，是因为它们具有厚皮、硬壳或能隐蔽起来，避开了紫外线的辐射。有两位美国科学家认为，体积大、速度快的彗星撞击地球后，会引起大气层的放电现象，形成大量的氮的氧化物，造成酸雨。酸雨是有毒的，倾泻地面后会使陆地上的恐龙以及海洋中的一些动物夭折。酸雨能使带主要含碳酸钙外壳的动物死亡，而使带主要含硅酸盐外壳的动物幸存下来。但是也有人提出反对意见，认为彗星撞击地球引起的二氧化碳浓度的上升以及氰化物的毒性，不一定就有那么大的破坏力。如果说恐龙以及其他绝大多数的爬行动物会因此而死亡，那么为什么哺乳动物以及一些植物没有消失，反而得到了大发展呢？
祸从天降的另一个有代表性的假说是太阳伴星说。1982年，美国芝加哥大学的古生物学家劳普和塞普科斯基在对2.5亿年前大规模灭绝的速率作分析时发现：所有生物灭绝的时间都集中在大约十二个不同的时期，它们的间隔都是2 600万年。他们的研究报告发表后，小行星撞击学说的倡导人路易·阿尔瓦雷斯表示反对。在两位天文学家的帮助下，他的研究生马勒做了一个实验模型，提出了太阳伴星说，用来解释包括恐龙在内的T / K灭绝事件。无独有偶，另有四位科学家竟与他的看法不谋而合，认为大规模的生物灭绝是由于一个颗太阳伴星引起的。在天文学上，通常把围绕一个公共重心互相环绕运行的两颗恒星称为物理双星，其中一颗为主星，另一颗为伴星。马勒等人用希腊神话中的“复仇女神”的名字为这颗伴星命名，叫复仇星。他们认为，这颗复仇星围绕太阳旋转，每隔2 600万年就运行到离太阳最近处；它的引力就扰乱彗星的集中地——奥尔特云，那里至少有一千亿颗彗星。复仇星的巨大引力能使其中的大量彗星形成“彗星雨”飞向地球。这种彗星雨由冰块和多种元素组成，能导致大规模的生物灭绝。其时间可持续100万年。这种假说也叫“复仇女神说”，听起来十分生动，并带有浪漫色彩，但至今天文学家也没有找到这颗复仇星，可能它本身就是一个美丽的神话。
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