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尋找腳底下的隕石坑

2024-07-02科學

如果你曾經看過月球的「背面照」,一定會對其印象深刻,它簡直滿臉「麻子」、體無完膚。導致月球「毀容」的是數不清的小天體,它們前赴後繼地撞到月球身上,將月球砸得坑坑窪窪。可是,地球與月球距離這麽近,地球的「麻子」卻遠遠不及月球,這是為什麽呢?

地球為何沒「毀容」

月球比地球小得多,但大型(直徑大於20千米)隕石坑就有近7000個,小一些的(直徑大於1千米)的隕石坑超過100萬個。相比之下,地球的隕石坑可以說少得可憐:目前為止,我們發現的隕石坑總共只有200多個。地球真的如此幸運,躲過了這麽多次天外來客的襲擊嗎?

地球上的隕石坑之所以這麽少,首先要感謝地球厚厚的大氣層。當小天體撞擊地球的時候,會經過厚厚的大氣層。小天體和大氣摩擦發生燃燒,比較小的天外來客在落到地面上之前已經燃燒完了,自然無法在地面上留下隕石坑。如果是大一點的隕石進入大氣層,也會在墜地之前被大氣層消耗一部份,最後只有一小部份撞擊到地面上,能留下的隕石坑也很小。而月球沒有大氣層這個保護罩,當小天體來襲時,它會毫無阻攔地撞擊到月球的表面,在上面留下深深的隕石坑。

此外,那些有幸在地球上留下痕跡的隕石坑,也很難長久保存下來。地球的地質活動很活躍,板塊活動引起的火山和地震、流水侵蝕、風化作用等力量每時每刻都在雕琢地球。流水、狂風將地球表面的巖石不斷地剝蝕成碎塊、砂子甚至是泥土。這些巖石碎屑不斷地向低窪區域匯集,時間久了,地球表面的各式各樣的「坑」都會被填埋,其中當然也包括了隕石坑。地球板塊交界處的活動很頻繁,如果隕石坑位於板塊交界處,很容易被撕碎。長年累月,大部份隕石坑都慢慢被填平、擦除了,少部份隕石坑雖然還在但卻很難發現。

尋找恐龍滅絕之坑

在地球上找到隕石坑有多難呢?曾經的地球霸主恐龍是如何滅絕的,現在大家普遍接受的答案是「隕星撞擊說」,一顆撞擊地球的小天體改變了當時的氣候狀況,間接導致了包括恐龍在內的大多數地球生物的滅絕。可是,這個假說也曾遭遇強有力的質疑:產生如此重磅影響的天體撞擊事件,必定會在地表留下一個巨大的隕石坑,據推算,這個隕石坑的直徑大約有180千米,然而,即使是這麽巨大的隕石坑,人們也沒能找到。

歷時十多年,恐龍滅絕之坑才終於被揭開了面紗。1978年,墨西哥石油公司在尤卡坦半島開展了地球物理學探測,以尋找適於石油鉆井的點位。探測人員格連·彭菲爾德對淺海區域和陸地區域都進行了地磁探測,並將各區域整合形成完整的區域探測圖,結果發現,與周邊區域相比,尤卡坦半島近海區域的重力明顯偏小,這個重力異常區域恰好是一個直徑為180千米的圓形。由於隕石坑內的填充物質比周圍的石頭密度更小,所以隕石坑的重力也比周邊區域稍小一點,因此格連認為,這裏存在一個隕石坑。可惜,格連當時沒能對該處的巖芯進行檢測,而且石油公司高層認為重力異常是火山活動引起的,沒有支持他繼續進行隕石坑的確認工作,隕石坑沒能與世人見面。

直到1991年,新發現才揭開了該地區的真面目。美國亞利桑那大學的研究生阿蘭·海布蘭德與其導師威廉·博因頓也來到尤卡坦半島尋找恐龍滅絕之坑,他們的目標物是撞擊發生後的主要副產物——玻璃隕石。當隕石撞擊時,它會在沖擊點產生超高溫熔化巖石並將熔融物噴射向空中,這些被液化的巖石隨後就冷卻變成玻璃隕石。透過對玻璃隕石散布地的檢查,科學家們可以追蹤到創造它們的隕石的來源。從美國德薩斯州到海地,也即尤卡坦半島周圍500千米的範圍內,阿蘭發現了不少玻璃隕石,這表明此地曾經存在過一次大規模的隕石撞擊。

格連與阿蘭的發現不謀而合,他們合作對墨西哥石油公司幾十年前鉆取的巖芯進行了檢測。他們在位於墨西哥灣附近的海底下方1000米處的地層中發現了大量的長石與輝石,更下方則是厚達500米的安山巖與角礫巖,這些火成巖和特殊的地質構造同樣為隕石撞擊觀點提供了強而有力的支持。至此,這個一半隱在地下、一半陷於深海的隕石坑終於顯露在世人面前。

跟著科學家找隕石坑

看到這裏,你知道地球上的隕石坑有多難找了嗎?如果讓你尋找隕石坑,應該怎麽做呢?

首先,先要找到一個「坑」。這可不是廢話,如果這個坑像月球隕石坑那樣,明明白白、完完整整地躺在地表,那我們當然可以一下子發現它。但是,地球隕石坑可能藏在高山下、深海中,還可能像埋葬恐龍的隕石坑那樣,一半在地上、一半在水下。這樣,想要直接看到隕石坑就是不可能的了。好在,科學家還有其他工具,其中一個就是前文提到的重力場測量,重力異常區域就可能是隕石撞擊處。另外,科學家還可以透過電磁探測,找到電磁數據與周邊區域不同之處。由於隕石可能富含鐵類礦物,隕石坑通常比周邊區域磁性更強。用這個方法,2017年,芬蘭地質調查局的科學家們就在一個湖泊底部找到了一個直徑大約2.6千米的隕石坑。

找到了疑似隕石坑的大坑後,還要證明這個坑就是隕石坑。隕石落地時會以每秒十幾千米的速度猛烈撞擊地面,這意味著它一定會在巖石上留下在短時間內受到高溫高壓沖擊作用的痕跡。這些痕跡包括玻璃隕石、安山巖、角礫巖等類似火山制造的火成巖,還包括一些地貌特征。比較典型的地貌特征稱為震裂錐,巖石在受到高壓沖擊時可能會形成這種錐狀發散的線條,是一種宏觀的肉眼可以辨識的撞擊地貌。

不過,上述現象都不能完全證明一個坑是不是隕石坑,最關鍵的證據是一種叫做面狀變形構造的特征,這是一種微觀特征,需要在顯微鏡下才能看到。經歷過隕石撞擊引起的高壓沖擊作用的矽酸鹽礦物(通常是石英或長石)晶粒中可能會產生一組或多組平行於不同方向的線性裂隙,平行裂隙之間的間距在十幾到幾十微米量級。這是一種只可能出現在高壓沖擊作用現場的產物,也是現今判定一個坑是不是隕石坑的決定性因素。目前,科學家就是遵循著這樣的步驟一點點尋找地球的「麻子」的,未來,越來越多的「麻子」將會被發現。