亚利桑那州沙漠深处的三叠纪秘密

一声低沉的轰鸣声回荡在广阔而疲惫、褶皱的恶地上。一辆柴油卡车停在台地顶部，一个金属轴从车厢后部向下延伸，像毒刺一样刺入大地。轴每秒旋转20次。数百英尺下方，其镶钻的末端磨穿一层又一层的沉积岩。操作这台钻机的戴安全帽的工人通常是为了黄金或其他有价值的金属而钻探。但今天他们是为了完全不同的东西而钻探。工人们让钻机空转，轰鸣声减弱。他们从洞中吊起一个圆柱体，像人的手臂一样又长又细，然后把它匆匆运到帐篷里，放到桌子上。泥泞的塑料圆柱体里藏着一段来自久远世界的岩芯。对于岩石来说，它出奇地脆弱。护套保护它免于膨胀和碎裂。

古生物学家保罗·奥尔森跪下来查看岩芯末端的圆形横截面。它是蓝色的，散布着灰色的长方形形状。

过去一周，日夜不停，每隔几分钟就有岩芯段从钻孔中取出。它们蓝色、灰色或红色的颜色反映了亚利桑那州石化森林国家公园周围恶地暴露的岩层。这片由所谓的钦里组构成的景观，是由2亿多年前沉积的泥土和砾石层聚合而成的。那时，这个地区是热带森林、洪泛区、湖泊和蜿蜒河流的土地。

奥尔森和他的同事们将在未来几年研究这些岩芯。但即使是现在，来自纽约帕利塞兹哥伦比亚大学拉蒙特-多赫蒂地球观测站的奥尔森也能直观地了解这些古代景观是如何演变的。红色层代表干燥的地面，其中氧气渗入土壤并使其中的铁矿物生锈。蓝灰色层显示钻机穿透了古代湖泊或河流的河床；低氧水平阻止了铁矿物生锈。有些岩芯甚至保留了古代植物根系或动物洞穴的痕迹。

在这个特殊的岩芯段中，奥尔森发现了鸡蛋大小的河卵石——他称之为“足以移动这些岩石的强大水流”的证据。

61岁的奥尔森身材瘦长，留着西奥多·罗斯福式的小胡子，戴着金属丝边眼镜。他一生中的大部分时间都在研究三叠纪，这个时期从2亿到2.5亿年前，包括早期恐龙的出现。现在，在亚利桑那州，在世界上最神秘的三叠纪沉积物之一中工作，奥尔森和他的同事们旨在重新排列历史的岩石层，并改变我们对恐龙如何主宰地球的理解。

在三叠纪时期，世界各大洲锁在一起，形成一个名为泛大陆的单一超级大陆，使得动物可以不受大片水域的阻碍自由漫游。但奥尔森和其他人认为，恐龙首次出现后3000万年，它们大部分时间都被困在这个世界的地理边缘。它们被自身独特生理结构所限制，这种生理结构不同于其他爬行动物和两栖动物，限制了它们的生存区域。直到一系列灾难性的火山喷发使地球冷却并消灭了这些竞争者之后，恐龙才在全球范围内占据主导地位。奥尔森承认，这个想法仍然“备受争议”。他说，钦里岩芯项目“有望提供关键证据”来证实它。

但奥尔森对这些岩石的兴趣不止于此。他还在研究另一个更奇怪、更黑暗、更深刻的谜团。听起来很奇怪，他计划在这些岩石中解读水星、金星和火星古老而短暂的运动——并检验关于维系我们太阳系内行星完美同步轨道的宇宙时钟的一些基本假设。如果奥尔森和少数其他科学家的怀疑是正确的，那么我们太阳系的未来可能潜藏着不可言喻的暴力——甚至可能导致地球的过早终结。

来自过去的讯息

奥尔森对这些问题的探索始于45年前的1960年代末，当时他还是个青少年，在新泽西州利文斯顿（纽瓦克市郊）长大。他和朋友们花了一整天的时间在一个废弃的采石场里，凿出爬行动物的脚印和鱼类化石。采石场为人们提供了一个了解三叠纪气候变化的窗口：红砂岩层，通常含有脚印，代表该地区是泥泞沼泽的时期。在红石中 interspersed 着狭窄的黑色页岩带，其中含有石化的鱼，那是一个深湖覆盖该地区的时期。奥尔森开始在采石场之外寻找石化的鱼，总是寻找他知道会含有它们的黑色层。

奥尔森寻找溪流侵蚀土壤，暴露出岩层的地方。沿着河岸行走时，他仔细观察红色的鹅卵石；其中一片黑色碎片就会提醒他上游某处有页岩层。这些薄薄的黑色层并不难找。它们总是以相同的奇特模式出现，背景是红色的岩石：首先是一层黑色，然后是两层紧密的黑色，然后是三层紧密的，然后是另外三层，然后是两层。整个序列一遍又一遍地重复，贯穿地层——一个神秘的电报信号，传递着来自过去的未知信息。奥尔森经常思考它。

他高中数学和英语成绩都是C和D，受到阅读障碍和斜视的困扰。但他有一种天赋，能发现经验丰富的地质学家都错过的岩石图案。

根据地层倾斜和层间规则距离，奥尔森能够预测下一个黑色地层会出现在哪里。通常是在几十英里之外。17岁时，他在父母的帮助下买了一辆雪佛兰Blazer，并追随自己的好奇心穿越了宾夕法尼亚州、康涅狄格州、弗吉尼亚州和北卡罗来纳州。他发现这些重复的层——长期以来被认为是局部的——实际上延伸到整个地区。他更新了已出版的地质图，并描绘了科学界前所未见的化石。

这些努力让奥尔森进入了他糟糕的成绩永远无法企及的耶鲁大学，在那里他学习地质学。那些在他青少年时期就吸引他的重复地层，将他带入了研究三叠纪的终身事业。

这个时期让奥尔森很感兴趣，因为它是一个大开始的时代。“现在主宰世界的一切，陆地上所有主要生物群，都起源于三叠纪，”奥尔森说，其中包括青蛙、蝾螈、乌龟、鳄鱼、哺乳动物和鸟类。在三叠纪晚期，第一批恐龙出现了。

然而，重建这些起源已被证明是困难的。古生物学家有时会从古老的洋底构建时间线，那里1亿年的沉积层通常以连续的序列堆叠在一起。但三叠纪太古老了：那些洋壳早已滑入大陆边缘并融化成岩浆。古生物学家必须转而从碎片中组装时间线，例如来自短命内海的沉积层。

结果，三叠纪没有公认的时间线，也没有通用的衡量标准来比较世界各地三叠纪化石的年代。这意味着科学家无法就各种物种何时以及以何种顺序出现和消失达成一致。

奥尔森相信，红黑相间的岩层为填补这些空白提供了机会。在那个被称为纽瓦克盆地的地区，跨越3200万年的5英里沉积层堆积在一个下沉的盆地中。

奥尔森继续对该地区进行适度的研究，在进行大规模且昂贵的项目之前巩固了他的想法。到1990年，他终于获得了资金，完成了他青少年时期开始的绘图项目。他不再依赖裸露的岩石，而是钻入地下数千英尺，提取了来自新泽西、宾夕法尼亚和康涅狄格州的八个岩芯，共计26700英尺的堆叠层。纽瓦克岩芯项目证实了奥尔森青少年时期提出的想法。规律堆叠的红黑层在岩芯中清晰可见：这种模式确实沿着大西洋海岸延伸。“这令人兴奋得令人窒息，”他回忆道。

尽管取得了成功，奥尔森仍然需要确定这些地层的年代；科学家只能对某些类型的岩石进行测年。他只能从26700英尺的岩芯中提取出两个年代，来自顶部附近的一对火山岩层。

为了规避这个问题，奥尔森转向了一种实验技术，这种技术将允许他利用那些重复出现的红黑层作为时间的标记。他回忆起他青少年时期遇到的普林斯顿科学家弗兰克林·范·豪滕，他将那些干湿气候层解释为米兰科维奇循环的证据。在1960年代，范·豪滕和少数其他科学家开始相信地球以重复的模式逐渐摆动，影响着地球绕太阳的轨迹。这些轨道周期，改变了夏季和冬季到达的阳光强度，被认为会引发周期性的气候波动（包括冰河时代）和降水变化。

理论认为，这些气候变化是由三个循环的综合效应造成的：地球自转轴平均每25700年摆动一次，以及轨道变化分别每109000年和每405000年重复一次。范·豪滕根据他对新泽西州各地裸露岩面的研究，认为他在纽瓦克地层中看到了25700年的摆动循环。

手握5英里长的岩芯，奥尔森再次审视那些湿润和干燥的气候层，看他是否能将这些周期作为时间单位。他惊奇地发现，25,700年、109,000年和405,000年的周期清晰地叠加在纽瓦克地层的相对厚度和间距上，这表明其中记录的古老气候波动确实是由米兰科维奇周期引起的。

这些影响气候的周期曾一度被广为嘲笑，但现在为奥尔森提供了一个急需的工具。他从顶部已测年的熔岩层开始，利用405,000年周期——在重复层中最为清晰可见的那个——作为衡量标准，沿着岩芯的其余部分标记一系列405,000年的时间增量。这提供了一种方法来了解其中任何特定层位的年代。

这个时间线——结合其他方法，例如读取地磁极周期性翻转在沉积物中留下的磁性“条形码”——将提供奥尔森和他的同事们所需仅几千年精细分辨率，以比较世界各地化石的年代。最终，他们可以清晰地了解恐龙是如何首次进化并繁衍于地球的。

奥尔森和地质学家丹尼斯·肯特（同样来自拉蒙特-多赫蒂）于1995年发表了新的时间线，称为纽瓦克天文年代学。它与一些关于三叠纪世界的主要假设相矛盾。大多数古生物学家认为，晚三叠纪的任何恐龙都将同时栖息于整个泛大陆——这是一个合理的假设，因为各大洲融合为一个单一的大陆块，几乎从北极延伸到南极，允许动物自由漫游。但纽瓦克显示出一些不同的情况。

纽瓦克地层中恐龙化石稀少的部分，其年代与欧洲、印度、非洲南部和南美洲的沉积物年代相符，这些沉积物中充满了被称为原蜥脚类恐龙的早期恐龙，它们后来演化出雷龙和其他长颈四足野兽。这表明，在3000万年的时间里，当早期恐龙在泛大陆的某些地区繁盛时，只有少数小型物种——其中没有原蜥脚类恐龙——设法在后来成为北美洲的地区立足。“一定有一些生态因素在起作用，阻止这些动物在该世界区域建立自己的族群，”奥尔森说。对立的时间线

这一新兴理论引发了一些关于进化的惊人问题。如果将泛大陆与他的时间线所指的晚三叠世恐龙是否占据主导地位的地点叠加，一个显著的模式便会浮现：两栖动物和鳄形爬行动物主宰着当时北美洲所在的温暖赤道地区，而恐龙和哺乳动物的祖先则在更凉爽湿润的南北地区大量存在。

“这关系到恐龙的根本性质以及它们为何成为主宰，”奥尔森说。对骨骼解剖学和生长速度的研究表明，恐龙可能是温血动物，因此能够快速生长。犹他大学古生物学家、钦里钻探项目负责人兰德尔·伊尔米斯认为，恐龙在首次进化后3000万年里，大部分时间都被限制在高纬度生态位中；它们较大的体型和快速的新陈代谢使得它们难以在赤道地区炎热、季节性干燥的气候中找到食物。

奥尔森和伊尔米斯表示，直到2.01亿年前，恐龙才开始在全球范围内占据主导地位——那是在一次由火山喷发引起的大规模灭绝之后，这次灭绝消灭了许多冷血爬行动物和两栖动物竞争者。这将是历史上最严重的灭绝事件之一。但斯宾塞·卢卡斯，奥尔森在耶鲁大学的同学，现在是新墨西哥自然历史博物馆著名的三叠纪权威，却质疑它的存在。

卢卡斯花了30年时间，利用生物地层学方法建立了自己的三叠纪时间线。通过这种方法，他使用特定类型的化石来确定含有它们的岩层的年代，进化本身就成为了岩石中地质时间的标记。他的基于化石的时间线只显示了晚三叠纪一系列较小的灭绝事件。

卢卡斯指出了纽瓦克天文年代学中的诸多弱点。其三叠纪地层含有他与同事归因于原蜥脚类恐龙的脚印（奥尔森等人对此解释有争议）。他嘲笑仅依赖两个坚实岩石年代的做法。他指出，利用地层厚度来测量米兰科维奇循环需要一个冒险的假设：即构成这些地层的沉积物堆积速率在3200万年间没有太大变化。最令人诟病的是，他认为岩芯中充斥着看不见的空隙，侵蚀周期性地抹去了沉积物，可能导致时间线出现数百万年的偏差。

“那是一座巨大的科学纸牌屋，”他说。“我们需要做的就是推翻那座房子，然后继续前进。”奥尔森对卢卡斯的怀疑不为所动。他相信从亚利桑那州高沙漠中提取的1600英尺钦里岩芯将证实他在纽瓦克所见，并解决争论。

寻找答案

在我们钻探地点聊天的第二天，奥尔森沿着石化森林的一条蜿蜒小路开车，一边嚼着芝麻菜和干红辣椒。他说，旅行时，“我真的尽量不吃饭。”

我们身边掠过的灰粉相间的恶地是世界上最丰富却也最难理解的三叠纪化石沉积之一。钦里组地层从西德克萨斯延伸到内华达，由于断层和倾斜，以及构成这些地层的岩石类型在短距离内发生变化——这是由形成它们的森林、河流、湖泊和沼泽等异质景观造成的，因此很难在水平方向上追溯。

古生物学家在这里挖掘了数千具骨骼。与纽瓦克一样，它们包括大量的两栖动物和鳄形爬行动物——甚至还有一些被称为兽脚类的小型恐龙——但奥尔森和伊尔米斯说，没有发现一只原蜥脚类恐龙。卢卡斯和他的同事们不同意。他们将该地区钦里地层中发现的化石脚印解释为属于原蜥脚类恐龙。在亚利桑那州，卢卡斯和他的团队将公园中暴露的各个地层组合成一个单一的连续序列。他们将这些堆叠的地层定为大约2.12亿到2.25亿年前。这与欧洲和南美洲的其他化石床相符，这些化石床显示原蜥脚类恐龙在那时逐渐变得更大、更常见。

然而，奥尔森和他的合作者认为，卢卡斯的足迹解释和年代估算都是错误的。他更倾向于由国家公园管理局古生物学家威廉·帕克构建的另一种钦里时间线。帕克声称纠正了卢卡斯时间线中的一个主要错误——意外遗漏了近200英尺的地层。当帕克将遗漏的地层重新添加到他的时间线中时，整体年代顺序发生了变化：钦里组的上部地层大约年轻了500万年——不超过2.07亿年。

如果帕克的估算正确，这意味着那些缺乏原蜥脚类恐龙的钦里层足够年轻，可以与泛大陆高纬度地区的岩层对齐，而这些岩层的化石记录显示原蜥脚类恐龙已变得非常丰富。这加剧了高纬度地区和低纬度地区恐龙种群之间的对比。这正是伊尔米斯和奥尔森所预期的，因为他们相信原蜥脚类恐龙和其他大型恐龙在高纬度地区繁盛了3000万年，直到2.01亿年前大规模灭绝后才设法在热带地区建立族群。

黄昏前，我与奥尔森一同离开钻探现场的轰鸣声，走到台地边缘。它俯瞰着一层石化的树干，上面覆盖着一层古老的火山灰，呈白色。在三叠纪时期，火山经常在这里撒下火山灰，科学家们可以通过计算被困在微小、近乎微观的锆石晶体中的铀和铅原子来确定这些火山灰的年代。我们下方的白色层已被测定为2.1亿年，这是整个石化森林中仅有的十几个硬性年代之一。奥尔森的合作者将对我们身后正在钻探的1600英尺岩芯中成千上万个锆石进行测年。

“如果孔洞内的年代能平稳递进就好了，”奥尔森说。这将有助于他们对齐钦里和纽瓦克的岩芯，并驳斥卢卡斯的批评。但岩芯中的年代也可能被打乱，较老的锆石位于较年轻的锆石之上。

地质学上，岩石确实等于时间，但大多数岩石是由地球其他地方循环利用的物质构成的。奥尔森和我脚下绵延的恶地起源于现在德克萨斯州、加利福尼亚州和加拿大境内的古老山脉。这些山脉被侵蚀，将超过1000立方英里的沉积物和更古老的锆石沿河流冲刷而下，并在2亿多年前沉积在亚利桑那州北部的钦里地区，形成了我们现在看到的岩石。奥尔森的合作者希望通过选择性地对边缘锐利而非磨损的锆石进行测年——那些来自天上而非河床的——来解决锆石年代问题。行星运动

如果钦里岩芯能提供连贯的年代序列，并且与纽瓦克时间线吻合，它们也可能揭示我们太阳系行星过去和未来的运动。

上世纪90年代中期，当奥尔森研究他的纽瓦克岩芯时，他注意到了一些奇怪之处。岩石中记录的米兰科维奇循环与当今世界已知的循环吻合得很好，只有一个例外：一个更长的循环，标志着火星和地球之间微妙的引力拔河，出现了偏差。奥尔森的岩芯显示，这个周期持续了175万年，而不是240万年（像今天一样）。这暗示着我们太阳系行星的运动并非一直如此。

1999年，当奥尔森在一次会议上展示这些结果时，紧随其后上台的那个人显然对自己刚才看到的一切感到兴奋。“这正是我想做的事情，”他对听众说。

此人是雅克·拉斯卡，巴黎天体力学研究所的天文学家。他用十年时间研究了一个200年前的问题：行星轨道是稳定的，还是会随着时间推移而不可预测地漂移。

拉斯卡对水星、金星、地球和火星的理论计算表明是后者——由于行星内部引力潮汐和其他因素引起的微小偏移，仅仅50英尺的轨道偏差将在1亿年内传播到2.4亿英里。现在，奥尔森出人意料地提供了证据，表明这可能是真的。其影响令人惊叹。

拉斯卡的分析表明，在未来10亿到30亿年内，水星可能会被抛出轨道，随后可能会撞向太阳，撞上金星，甚至可能将火星甩到与地球相撞的轨道上，将我们的星球压成一团熔融的岩石。

几率似乎很小；拉斯卡的模拟显示，水星被抛出轨道的概率只有1%。但其他结果仍可能带来灾难。金星可能会失控并撞向水星，释放出数百万个大型碎片，其中一些可能会撞击地球。而地球和火星之间的近距离擦肩而过，可能会导致火星大部分地壳被地球引力撕裂，从而将数千颗流星吸引到我们的星球上。

这种可怕的说法纯属猜测，但如果钦里岩芯的结果与奥尔森及其团队在纽瓦克看到的相符，那么这些轨道变化数据将有助于拉斯卡更好地量化风险。

所有这些都仍在进行中。钦里岩芯已经进行了CT扫描，以绘制其内部结构图。2月份，奥尔森和他的同事们开始用肉眼详细检查它们——这是检测米兰科维奇周期证据的第一步。卢卡斯则正在调查美国西部800多个地点发现的两栖动物、鳄形动物和恐龙化石，以完善他自己关于晚三叠世物种出现和消失的时间线。

无论是奥尔森的时间线胜出，还是卢卡斯的时间线胜出，有一点是明确的：找到一种测量深层时间的方法，将阐明从进化到天文学再到末世论的各种问题，其中许多问题尚未被提出。

[本文最初以“时间之沙”为题发表于纸质版。]