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欧阳自远:冰层下发现巨大撞击坑?没那么神奇

发布时间:2019-01-09 22:25:00
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  来源:中国科学院国家天文台

  最近,丹麦哥本哈根大学的 Kjær团队在格陵兰 Hiawatha 冰川厚厚的冰层下发现了一个巨大的撞击坑,是地球已知最大撞击坑 TOP25,直径有 31 千米。那么发现这个撞击坑有什么意义?为什么要去研究陨石?中科院国家天文台小编就此采访了中国科学院院士、国家天文台高级顾问、中国月球探测工程首任首席科学家欧阳自远。

  撞击坑、陨石坑傻傻分不清楚?

  不少媒体报道称这个坑为陨石坑,但是准确来说它是个撞击坑。欧阳自远院士表示,进入地球大气层前的陨石母体(也称为小天体或小行星),在太阳系空间的运行速度为每秒 45 千米,地球围绕太阳公转的速度为每秒 30 千米。如果小天体对撞地球,相对速度为每秒 75 千米,如果从地球后面追上地球,相对速度至少有每秒 15 千米。所以小天体撞击地球的速度为每秒 15—75 千米。

小天体撞击地球情景还原  来源:NASA
小天体撞击地球情景还原  来源:NASA

  高速冲进地球大气层的小天体,压缩前端的大气,形成强大的冲击波撞击地面,使地面的岩石气化、熔融、粉碎和溅射,挖掘出一个巨大的“撞击坑”。撞击溅射的岩石碎块坠落在撞击坑的四周,形成了撞击坑周围的“环形山”。强大的冲击波使岩石熔融,熔体包裹了冲击破碎的岩石角砾,形成撞击熔融角砾岩;岩石中的矿物结构产生变化,如正常的石英形成柯石英或斯石英、无定型碳形成金刚石、一些矿物产生页理等等。

新发现的撞击坑位置  来源:NASA NSIDC & Natural History Museum of Denmark
新发现的撞击坑位置  来源:NASA NSIDC & Natural History Museum of Denmark

  地球上大大小小的坑这么多,怎么知道它就是小天体撞击而形成的呢?欧阳自远院士解释道:“撞击坑首先得是圆形的,并且坑的周围高,形成一个环形山。其次要经过调查研究,看是否有冲击矿物或矿物页理现象、撞击角砾岩等。小型撞击坑中还应该有中央锥。格陵兰 Hiawatha 冰川下发现的坑之所以断定为撞击坑,是因其外表符合撞击坑特点,在找到的三个样本中,也都有页理现象。”

格林兰冰层下的陨石坑  来源:NASA
格林兰冰层下的陨石坑  来源:NASA

  陨石母体在高速冲进地球大气层之后,由于前端形成了强大的高温高压冲击波,陨石母体燃烧、爆裂形成许多碎块朝不同方向洒落下来。岩石碎块在高空坠落过程中,又受到高空风的影响,使陨石坠落的方向与速度变化极大。陨石坠落至地面,在松软的土地上,撞出一个坠落小坑。这种坠落小坑,不能称为撞击坑,毫无科学意义。

  地球上又多了一个撞击坑

  小天体撞击地球的热点话题加上撞击地点是在高纬度的冰冷地区,足以让格陵兰 Hiawatha 冰川下发现的这个撞击坑吸引众多人关注,它也因此有个了美丽的名字——地球上“冰与火之歌”。但想具体的了解它,还需要科学家再加把劲儿。

  欧阳自远院士表示,虽然这个撞击坑一经发现就成功晋级为地球已知最大撞击坑 TOP25,但因其深埋在雪层下,很难找到更多的样本进行研究,目前还无法得知它的具体年龄数据,因此也就无从知晓地球上在那时发生了什么变化。

图片来自网络
图片来自网络

  虽然 Kjær团队倾向于认为 Hiawatha 撞击坑应该相当年轻,最起码不太可能早于更新世开始(260 万年前)的时候。但 260 万年前至今,地球发生了很多变化,时间太过宽泛。总的来说,在没有更深一步的研究前提下,发现这个撞击坑的意义,仅仅是地球上又多了一个撞击坑。

  同时,欧阳自远院士指出,媒体报道称这个小天体的撞击足以对当时北半球的气候造成极大影响,这是错误的。地球上的大气循环流动,撞击不会对某一个地方的气候造成影响,应该是全球性的。

左图为 Hiawatha 冰川的表面地形 右图为 Hiawatha 冰川下的实际地形来源:Science Advances
左图为 Hiawatha 冰川的表面地形 右图为 Hiawatha 冰川下的实际地形来源:Science Advances

  地球上的撞击坑一点都不少

  新发现的 Hiawatha 撞击坑让地球上已知的撞击坑数量微微上涨,但小编发现有很多人疑惑,为什么月球上分布着密密麻麻、大小不一的撞击坑,地球比月球大这么多,撞击坑却少的可怜?难道是可爱的月球帮我们阻挡了很多“伤害”?其实,地球上的撞击坑一点都不少!

  据欧阳自远院士介绍,月球的质量和体积都很小,内部的能源很快就消耗殆尽。近 30 亿年以来,月球几乎没有地质构造运动和火山活动,月震也很微弱。月球没有大气层,表面是超高真空,没有任何大气活动,更没有沧海桑田的变化,月球表面也没有任何建筑物和生命活动,小天体撞击月球形成的大量的撞击坑保存完好。

  而地球的板块活动、地质构造运动和地震、火山活动却仍然十分活跃,海陆变迁,沧海桑田,使地球历史上形成的撞击坑,有些被破坏和被掩埋。地球表面 72% 的面积是海洋,在海洋分布区,撞击坑无从发现,陆地被大面积的森林、沙漠、冰盖所覆盖,也难以发现撞击坑。地球上的撞击坑不是不多,而是能看见的不多。

吉林岫岩撞击坑在 800 米高空的俯视图来源:人民网
吉林岫岩撞击坑在 800 米高空的俯视图来源:人民网

  老子说:“祸兮福所倚,福兮祸所伏”。小天体撞击地球诱发了地球表面生态系统的彻底崩溃,带来地球生物物种的大灭绝。6500 万年前,一个 10 千米大小的小天体撞击地球,诱发了以恐龙为代表的、地球 70% 的生物物种大灭绝。

  但是,小天体撞击地球也为人类社会的发展带来一些福祉,如 18.5 亿年前形成的加拿大的萨德贝里大撞击坑,它里面和周围有着全世界最大的铜矿、镍矿和铂金族元素矿,对加拿大的经济发展发挥了重要作用;19 亿年前形成的南非弗里德佛撞击坑则形成了许多大型的金矿床和大量的金伯利型的金刚石矿。

图中显示的所有的地方都是开采铜、镍矿的矿山
图中显示的所有的地方都是开采铜、镍矿的矿山

  地球上一些撞击坑形成的盆地,为后期的成煤、成油盆地或形成其它沉积矿床提供了环境与场地,如德国的 Ries 撞击坑(煤和萤石矿)、乌克兰的 Boltysch 撞击坑(油页岩)、印度的 Lonar 撞击坑和南非的 Saltpan 撞击坑(重碳酸钠矿)、俄罗斯的 Ragozinka 撞击坑(硅藻土矿)、白俄罗斯的 Logoysk 撞击坑(磷灰石矿)等。

  撞击坑往往可以成为很好的油气圈闭构造,如美国中西部的 Williston 撞击盆地、Okloholma 的 Ames 撞击构造、阿拉斯加的撞击坑等,均具有油气勘探的前景。

  某些撞击坑蓄水后往往会成为风景秀丽的湖区,如加纳的布什提维湖、印度的 Lonar 湖,加拿大魁北克省的 Maniconagan 撞击坑成为水力发电站的大水库。有些撞击坑建立了博物馆,开辟为旅游区,如美国亚利桑那的 Meteor 撞击坑、德国的 Ries 撞击坑和南非布里托勒的 Saltpan 撞击坑等。

  欧阳自远院士表示,小天体撞击地球过程中,散落在地球上的陨石也成为科学家了解太阳系的起源与演化的关键,是研究太阳系的考古样品。通过研究陨石,可以了解太阳系的平均化学成分,太阳系的起源过程和太阳系生命物质来源等信息。同时,陨石还记录了它在太阳系空间飞行过程中宇宙射线和太阳宇宙线的通量、能谱的历史变化等。

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