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歐陽自遠:冰層下發現巨大撞擊坑?沒那麼神奇

1月
09
2019

2019年1月09日14時 中科院之聲

中科院之聲

最近,丹麥哥本哈根大學的Kjær團隊在格陵蘭Hiawatha冰川厚厚的冰層下發現了一個巨大的撞擊坑,是地球已知最大撞擊坑TOP25,直徑有31千米。那麼發現這個撞擊坑有什麼意義?為什麼要去研究隕石?中科院國家天文台小編就此採訪了中國科學院院士、國家天文台高級顧問、中國月球探測工程首任首席科學家歐陽自遠。

撞擊坑、隕石坑傻傻分不清楚?

不少媒體報導稱這個坑為隕石坑,但是準確來說它是個撞擊坑。歐陽自遠院士表示,進入地球大氣層前的隕石母體(也稱為小天體或小行星),在太陽系空間的運行速度為每秒45千米,地球圍繞太陽公轉的速度為每秒30千米。如果小天體對撞地球,相對速度為每秒75千米,如果從地球後面追上地球,相對速度至少有每秒15千米。所以小天體撞擊地球的速度為每秒15—75千米。

小天體撞擊地球情景還原

高速衝進地球大氣層的小天體,壓縮前端的大氣,形成強大的衝擊波撞擊地面,使地面的岩石氣化、熔融、粉碎和濺射,挖掘出一個巨大的「撞擊坑」。撞擊濺射的岩石碎塊墜落在撞擊坑的四周,形成了撞擊坑周圍的「環形山」。強大的衝擊波使岩石熔融,熔體包裹了衝擊破碎的岩石角礫,形成撞擊熔融角礫岩;岩石中的礦物結構產生變化,如正常的石英形成柯石英或斯石英、無定型碳形成金剛石、一些礦物產生頁理等等。

新發現的撞擊坑位置

地球上大大小小的坑這麼多,怎麼知道它就是小天體撞擊而形成的呢?歐陽自遠院士解釋道:「撞擊坑首先得是圓形的,並且坑的周圍高,形成一個環形山。其次要經過調查研究,看是否有衝擊礦物或礦物頁理現象、撞擊角礫岩等。小型撞擊坑中還應該有中央錐。格陵蘭Hiawatha冰川下發現的坑之所以斷定為撞擊坑,是因其外表符合撞擊坑特點,在找到的三個樣本中,也都有頁理現象。」

格林蘭冰層下的隕石坑

隕石母體在高速衝進地球大氣層之後,由於前端形成了強大的高溫高壓衝擊波,隕石母體燃燒、爆裂形成許多碎塊朝不同方向灑落下來。岩石碎塊在高空墜落過程中,又受到高空風的影響,使隕石墜落的方向與速度變化極大。隕石墜落至地面,在鬆軟的土地上,撞出一個墜落小坑。這種墜落小坑,不能稱為撞擊坑,毫無科學意義。

地球上又多了一個撞擊坑

小天體撞擊地球的熱點話題加上撞擊地點是在高緯度的冰冷地區,足以讓格陵蘭Hiawatha冰川下發現的這個撞擊坑吸引眾多人關注,它也因此有個了美麗的名字——地球上「冰與火之歌」。但想具體的了解它,還需要科學家再加把勁兒。

歐陽自遠院士表示,雖然這個撞擊坑一經發現就成功晉級為地球已知最大撞擊坑TOP25,但因其深埋在雪層下,很難找到更多的樣本進行研究,目前還無法得知它的具體年齡數據,因此也就無從知曉地球上在那時發生了什麼變化。

圖片來自網絡

雖然Kjær團隊傾向於認為Hiawatha撞擊坑應該相當年輕,最起碼不太可能早於更新世開始(260萬年前)的時候。但260萬年前至今,地球發生了很多變化,時間太過寬泛。總的來說,在沒有更深一步的研究前提下,發現這個撞擊坑的意義,僅僅是地球上又多了一個撞擊坑。

同時,歐陽自遠院士指出,媒體報導稱這個小天體的撞擊足以對當時北半球的氣候造成極大影響,這是錯誤的。地球上的大氣循環流動,撞擊不會對某一個地方的氣候造成影響,應該是全球性的。

左圖為Hiawatha冰川的表面地形 右圖為Hiawatha冰川下的實際地形

地球上的撞擊坑一點都不少

新發現的Hiawatha撞擊坑讓地球上已知的撞擊坑數量微微上漲,但小編髮現有很多人疑惑,為什麼月球上分布著密密麻麻、大小不一的撞擊坑,地球比月球大這麼多,撞擊坑卻少的可憐?難道是可愛的月球幫我們阻擋了很多「傷害」?其實,地球上的撞擊坑一點都不少!

據歐陽自遠院士介紹,月球的質量和體積都很小,內部的能源很快就消耗殆盡。近30億年以來,月球幾乎沒有地質構造運動和火山活動,月震也很微弱。月球沒有大氣層,表面是超高真空,沒有任何大氣活動,更沒有滄海桑田的變化,月球表面也沒有任何建築物和生命活動,小天體撞擊月球形成的大量的撞擊坑保存完好。

而地球的板塊活動、地質構造運動和地震、火山活動卻仍然十分活躍,海陸變遷,滄海桑田,使地球歷史上形成的撞擊坑,有些被破壞和被掩埋。地球表面72%的面積是海洋,在海洋分布區,撞擊坑無從發現,陸地被大面積的森林、沙漠、冰蓋所覆蓋,也難以發現撞擊坑。地球上的撞擊坑不是不多,而是能看見的不多。

吉林岫巖撞擊坑在800米高空的俯視圖

老子說:「禍兮福所倚,福兮禍所伏」。小天體撞擊地球誘發了地球表面生態系統的徹底崩潰,帶來地球生物物種的大滅絕。6500萬年前,一個10千米大小的小天體撞擊地球,誘發了以恐龍為代表的、地球70%的生物物種大滅絕。

但是,小天體撞擊地球也為人類社會的發展帶來一些福祉,如18.5億年前形成的加拿大的薩德貝里大撞擊坑,它裡面和周圍有著全世界最大的銅礦、鎳礦和鉑金族元素礦,對加拿大的經濟發展發揮了重要作用;19億年前形成的南非弗里德佛撞擊坑則形成了許多大型的金礦床和大量的金伯利型的金剛石礦。

圖中顯示的所有的地方都是開採銅、鎳礦的礦山

地球上一些撞擊坑形成的盆地,為後期的成煤、成油盆地或形成其它沉積礦床提供了環境與場地,如德國的Ries撞擊坑(煤和螢石礦)、烏克蘭的Boltysch撞擊坑(油頁岩)、印度的Lonar撞擊坑和南非的Saltpan 撞擊坑(重碳酸鈉礦)、俄羅斯的Ragozinka撞擊坑(硅藻土礦)、白俄羅斯的Logoysk撞擊坑(磷灰石礦)等。

撞擊坑往往可以成為很好的油氣圈閉構造,如美國中西部的Williston撞擊盆地、Okloholma的Ames撞擊構造、阿拉斯加的撞擊坑等,均具有油氣勘探的前景。

某些撞擊坑蓄水後往往會成為風景秀麗的湖區,如加納的布希提維湖、印度的Lonar湖,加拿大魁北克省的Maniconagan撞擊坑成為水力發電站的大水庫。有些撞擊坑建立了博物館,開闢為旅遊區,如美國亞利桑那的Meteor撞擊坑、德國的Ries撞擊坑和南非布里托勒的Saltpan撞擊坑等。

歐陽自遠院士表示,小天體撞擊地球過程中,散落在地球上的隕石也成為科學家了解太陽系的起源與演化的關鍵,是研究太陽系的考古樣品。通過研究隕石,可以了解太陽系的平均化學成分,太陽系的起源過程和太陽系生命物質來源等信息。同時,隕石還記錄了它在太陽系空間飛行過程中宇宙射線和太陽宇宙線的通量、能譜的歷史變化等。

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