在地球历史的早期,巨大的小行星的撞击是很普遍的。
以上图片显示早期地球撞击的模拟效果。圆形区域显示每次撞击影响的区域,其直径与直径小于100公里的撞击物的最终弹坑尺寸相当。对于较大的撞击物,圆周的大小与冲击产生的熔体掩埋的区域的大小相对应。颜色编码显示撞击的时间。模型中考虑的最小冲击器直径为15公里。
当谈到撞击地球的太空陨石时,有两个很令人印象深刻。一个在六千五百万年前造成了恐龙的绝灭，另一个在撞击地球后形成了月球。第一个陨石飞入尤卡坦半岛,直接造成毁灭了恐龙,直径只有10公里。另一个,形成月球的陨石可能与火星的大小差不多。但是,由于巨大的月球撞击和恐龙死亡的相对较小的概率的原因,地球肯定也受到了其他天体的冲击。
在美国地球物理联盟2023年秋季的会议上,科学家们讨论了他们发现的关于小行星撞击早期地球所形成的月球的问题。
模型化熔体
当月牙形的撞击物撞向地球时,世界上许多地方都变成了被称为岩浆海洋的熔化岩石海洋( 如果它还没有融化 )。在此之后,地球不再有大质量的增加。西蒙娜·马奇-他是西南研究所的行星科学家,他创建了早期太阳系及其包括地球在内的行星体的计算机模型。他说:"这些碎片还在飞。"后一阶段可能不是另一个月球大小规模的撞击,但可能会出现大规模的小行星。马奇说,对这种太空垃圾的大小和频率分布的预测表明,"一定有相当数量的直径超过1000公里的物体。"
不幸的是,在大约35亿年前的岩石撞击记录中没有明显的证据。这样,像马奇这样的科学家们就可以用月球来估计与地球相撞的物体的数量。
马奇和他的同事们用撞击器的大小和数量建立了一个模型,估算了熔岩的体积,这是一个时间的函数,它一定是在地球表面产生的。岩浆海洋过去曾经存在过,但直径超过100公里的冲击物仍然融化了许多岩石,一定极大地改变了早期的地球。
与较小的撞击不同的是,模型显示,这种大小的物体所产生的熔体体积并不局限于火山口。任何火山口都只是暂时存在,因为岩浆的流动性过多,无法保持固定的形状。马奇把这比作把石头扔到水里。"在某个时刻,你在水中形成一个洞的开关,但是,所有的东西都会塌陷并被填满,因为它是液体。"
熔岩体积比挖掘出来的岩石要大得多,因此马奇可以计算出,每次撞击都会有多少熔体溢出,并覆盖地球表面的某些部分。其结果是一幅惊人的熔体体积图。在地球历史的头十亿年左右,几乎整个地球表面都会在某一时刻出现撞击融化的现象。这段历史的大部分都消失了,因为我们活跃的行星的大气、地表和构造过程不断地改变着岩石。
玻璃球
即使在35亿到25亿年前,岩石的存在也是稀少的。但澳大利亚和南非这两个地方保存着以球状形式撞击的证据。这些微小的玻璃球在撞击后立刻形成,岩石向天空蒸发。当液体流回到地球时,小液滴开始凝结和降雨。
钻芯中冲击S3的球床。在这里,S3的球层沉积在足够深的水中,不能被其他碎石稀释。
马奇说:"我们在35亿年前就能发现这些撞击产生的球层,这是很了不起的。"
从16个已确认的撞击事件(其中一些由于岩石层折叠而不止一次出现在地质记录中)得出的约35个已知地层的年龄在35亿年至25亿年之间。通过研究这些层和之前和之后的层,我们可以了解这些撞击可能产生的影响。
纳贾德本-哈佛大学的一位地质学家和助理教授,研究了南非巴伯顿带的岩石,该地区记录了许多太古代撞击事件,包括有证据表明有326亿年历史的撞击被称为S2。她说:"我们不知道撞击点的位置。因为当时的陆地面积越来越小,无论撞击物撞击到哪里,都很可能是海洋。"
模型显示,该撞击器的直径为40到60公里,比迪诺杀手大4到6倍。当一块像波多黎各岛那么宽的岩石冲进海里时,一场海啸 将会 在世界各地传播。在岩石里显示了这方面的直接证据。
在任何撞击之前,在低能环境中形成的微晶石英岩石-都在沉积,它们的纯白色层与富碳黑色层交替。这些黑色和白色条纹小宝石形成于平静的海洋架上。当海啸来袭时,大量的水流把这些海底的小宝石们都撕掉了。这些都被混合进了岩层标志着曾经有过撞击。
在S2撞击之前,黑色粉末在低能量环境中形成带白色粉末。
海啸后:S2球层显示出从海底撕裂的碎片。
其他建模工作表明,持续几年的高温使海洋蒸发了一部分。她和她的团队找到了直接的证据,证明海啸形成的沉积岩上巨大的水外流,这些岩石层中含有蒸发岩--通过蒸发形成于浅水中的矿物。
那时的生命是如何存活的?
数十亿年前，没有任何恐龙，生命由单细胞生物组成。对地球的定期撞击可能会塑造地球表面,导致环境中的物理和化学变化,从而影响生命的生存。但也可能有帮助。
在S2撞击的情况下,由于尘埃的暗化效应,光合作用的生命在撞击后的最初几年至少会有一段艰难的时期。浅海的生命在这次海啸、蒸发的海洋和被太阳晒黑的同时,也很难幸免于难。
"几年前我开始这项研究的时候,我主要都是在评估灾难性的影响,"纳贾德本说。然而,磷--我们所知道的对生命至关重要的元素(它是DNA主干的一个组成部分)--出现在撞击层和上面。她解释说,模型表明,在10年内,部分蒸发的海洋,回到大气中,会重新下雨。这场雨会使陆地上的磷风化,并将其送到海上。此外,纳贾德本发现球体富含磷,这表明小行星的到来也把这一关键元素从太空运送到地球表面。
其他证据表明,还有其他的撞击,包括海啸从深海带来富含铁的水,以及有机物中的化学特征,这意味着新生生物圈的转变。例如,与铁钉一样,纳贾德本认为有机物的碳同位素成分有很大的变化。"生命的形成更青睐于质量较轻的碳元素,"纳贾德本说。"我们看到,碳同位素发生了真正强烈的变化,这清楚地表明,生物圈正在发生某种变化,某种变化正在发生。纳贾德本说:"这些对这种灾难之后的生命产生的积极影响确实是一个惊喜。"
