小行星撞擊建模：揭曉寒冷未來與海洋意外復甦

如果一顆直徑500公尺的小行星撞擊地球，會發生什麼事呢？韓國釜山國立大學氣候物理中心（IBS Center for Climate Physics）的科學家們對撞擊後果進行了建模，結果顯示地球將劇烈陷入撞擊寒冬，全球氣溫下降4°C，降雨量減少15%，臭氧層消耗達到32%。

這樣的結果會怎樣呢？陸地光合作用最多下降30%，從而引發全球性糧食危機。光合作用是植物和一些微生物利用陽光，將二氧化碳和水合成碳水化合物的過程。然而，海洋的情況卻截然不同。富含鐵質的小行星塵埃，可能會讓浮游生物蓬勃生長，引發大規模藻華。這種意外的海洋繁榮，或許能為生物圈提供一線生機。

過去的小行星撞擊是否影響了人類的演化呢？未來的研究將探討我們的祖先如何度過這樣的災難。2月5日發表在《科學進展》（Science Advances）上的一項氣候建模研究，就探討了地球氣候和生態系統如何應對中型（直徑約500公尺）小行星的撞擊。

太陽系中有許多近地天體，大多數對地球無害，但仍有少部分有很小但不可忽視的機率與地球相撞。例如直徑約500公尺的貝努小行星（asteroid Bennu），根據2021年的一項研究（Farnocchia等人），它在2182年9月撞擊地球的機率為1/2700，這相當於連續擲11次硬幣都得到相同結果的機率。

為了確定小行星撞擊對氣候系統、陸生植物和海洋浮游生物的潛在影響，氣候物理中心的研究人員利用先進的氣候模型，模擬了中型小行星與地球的理想撞擊情景。撞擊的影響表現為數億噸塵埃大量進入上層大氣。與以往研究不同的是，這項新研究還模擬了陸地和海洋生態系統，以及大氣中的複雜化學反應。

研究人員利用IBS超級電腦Aleph，對貝努型小行星與地球的撞擊進行了多種塵埃影響情景的模擬。超級電腦的模擬顯示，在撞擊後的3 - 4年裡，注入1 - 4億噸塵埃會對氣候、大氣化學和全球光合作用造成劇烈幹擾（圖1）。在最嚴重的情景下，塵埃導致的太陽光衰減，將使全球地表溫度下降高達4°C（7.2°F），全球平均降雨量減少15%，臭氧層嚴重消耗約32%。而且，這些影響在區域上可能更加顯著。

突如其來的撞擊寒冬，會讓植物生長的氣候條件變得不利，導致陸地和海洋生態系統的光合作用最初下降20 - 30%。氣候物理中心的博士後研究員、該研究的第一作者戴嵐博士表示，這可能會對全球糧食安全造成巨大幹擾。

然而，研究人員檢視海洋模型模擬資料時，驚訝地發現浮游生物的生長情況完全不同。與陸地上的快速減少和長達兩年的緩慢恢復不同，海洋中的浮游生物在6個月內就恢復了，甚至在隨後增長到正常氣候條件下都未曾見過的水平。

氣候物理中心主任、該研究的共同作者阿克塞爾・蒂默曼教授表示：「我們發現這種意外的反應與塵埃中的鐵含量有關。」鐵是藻類的關鍵營養物質，但在南大洋和東部熱帶太平洋等一些地區，其自然含量非常低。根據小行星和被衝入平流層的陸地物質中的鐵含量，原本營養匱乏的地區可能會因可被生物利用的鐵而變得富營養化，從而引發前所未有的藻華。電腦模擬顯示，撞擊後海洋生產力的增加，在富含矽酸鹽的藻類（稱為矽藻）中最為明顯。它們的大量繁殖也會吸引大量以矽藻為食的浮游動物。

戴嵐博士補充說：「模擬顯示的過量浮游植物和浮游動物大量繁殖，對生物圈來說可能是一件好事，或許有助於緩解陸地生產力長期下降引發的糧食不安全問題。」

蒂默曼教授指出，平均而言，中型小行星大約每10 - 20萬年與地球相撞一次。這意味著我們早期的人類祖先可能經歷過一些這樣的行星級事件，這些事件可能對人類演化甚至我們的基因構成產生了影響。

這項發表在《科學進展》上的新研究，為近地軌道天體撞擊的氣候和生物圈反應提供了新的見解。下一步，韓國氣候物理中心的研究人員計劃使用基於代理的電腦模型，更詳細地研究早期人類對這些事件的反應，該模型可以模擬個體人類、他們的生命週期以及尋找食物的過程。

參考文獻：Lan Dai和Axel Timmermann所著的《貝努型小行星撞擊的氣候和生態反應》，2025年2月5日，《科學進展》。DOI: 10.1126/sciadv.adq5399