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惊!科学家新发现一个旷世之“坑”!地球上,这种坑为啥这么难找?

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44498 发表于 2018-7-9 17:02:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
  |· 本文来自“我是科学家”·|
  通常,人们对于“坑”的事儿总是会避之不及,既不愿“掉坑”,也不想“被坑”,入错了行会盼着早日“脱坑”……但有这么一群人,却夜以继日努力找“坑”,找到之后还会无比兴奋——他们就是来自芬兰的地质学家。
  他们要找的“坑”可不是一般的坑,而是小行星袭击地球后留下的陨石坑
  这不,就在前几天(6月25日),他们就开心地宣布了自己在芬兰新发现的陨石坑——Summanen!并将其发表在了《陨石与行星科学学报(MAPS)》上[1]。
DSC0000.jpg (左)芬兰目前已经确认的所有陨石坑(共12个)的相对大小和位置,蓝字所指为本次新发现的Summanen陨石坑;(右)Summanen陨石坑(黄色虚线圈)地形图,它位于Summanen湖(红线内)中央。来源:参考文献[1]

地球稀客——陨石坑
  可是,为啥在地球发现个陨石坑会这么稀奇?它们在太阳系里随处可见呀——随便哪个有固态表面的星体,基本都被“坑”过。
  就拿离我们最近的月球来说,虽说它的表面积只地球的7.4%,但大型(直径>20公里)陨石坑就有近7000个,小一些的(直径>1公里)的陨石坑超过一百万个!
DSC0001.jpg (左)典型的月球高地地貌,陨石坑遍布。来源:NASA。(右)月球上直径大于20 km的陨石坑分布。来源:参考文献[2]

  然而,比起月球和其他行星,我们地球上发现的陨石坑却少得可怜了。目前为止,发现的大小的陨石坑加在一起一共190多个。
DSC0002.jpg 地球上目前已发现的大型陨石坑分布,注意圆圈大小并不是实际的陨石坑大小,只是成倍放大以便于观察。来源:Wikipedia

地球的陨石坑为啥难得?
  为什么地球在太阳系里倍受“眷顾”,很少被“坑”呢?原因主要有三个:
  1、对于小型的陨石,在穿过地球大气层时,还没来得及落地,就化作“流星”被烧完了;
  2、由于地球上一大半面积都被海洋覆盖,那些稍大些的陨石虽然穿过了大气层,但是仍有很多掉到海里,很难形成陨石坑;
  3、而对于有幸形成的陨石坑,又因为地球上的各种地质活动(板块构造、火山、地震、流水、风化侵蚀等等)而逐年被“擦掉”。
  因此,大部分年龄老、规模小的陨石坑都早已消失殆尽了,少部分陨石坑虽然还在但却很难发现。
陨石坑有多难找?
  你也许会问,这有什么难的?几公里甚至几十公里的大坑,还能看不到?
  太天真了。
  当年传说中灭绝了恐龙的那个陨石撞出来的陨石坑,直径大约有180公里,够大吧?但直到二十世纪70年代,都没人发觉那里有陨石坑!因为坑早就被浅海形成的石灰岩沉积充填,经历各种地质侵蚀,肉眼已经很难再辨别陨石坑原有的轮廓了。
DSC0003.jpg 位于墨西哥尤卡坦半岛的希克苏鲁伯陨石坑曾经的轮廓,现在肉眼在地表上几乎看不到痕迹。来源:theyucatantimes.com

  所以说,地球上绝对不止这190多个陨石坑,只是问题在于……如何找到它们,并确定它就是真的陨石坑。
  就以这次芬兰发现的Summanen为例,来看看鉴定陨石坑的艰辛过程吧。
  首先,它得是个
  陨石坑是小天体从天而降砸出来的嘛,所以废话,陨石坑当然要是个坑才行。
  然而事情却并不那么简单,就像前面提到的,地球上大部分坑早已被剧烈侵蚀了,可不是每个坑都像《你的名字》里面描绘的那么显眼的。
DSC0004.jpg 电影中“糸守湖”和神社所在洼地(红圈部分)两个陨石坑的外貌。来源:电影《你的名字》

  比如芬兰这次这个Summanen陨石坑,早已被Summanen湖完全淹没了。这个湖最深处有41米,在谷歌地球上看到的是这样:
DSC0005.jpg 图:Summanen湖。来源:谷歌地球

  果然“童话里都是骗人的”,对着卫星图干瞪眼也找不出一个陨石坑来……
  别急,虽然在水底地形图上看不到坑,但借助其他科技手段还是能够“慧眼识坑”的。十几年前,芬兰地质调查局的科学家们就从这里的航空电磁数据中发现湖里有个圆形结构。数据显示,这个圆形坑的直径大约2.6公里,考虑到各种地质作用的侵蚀,实际的直径应该比观测到的更大。
DSC0006.gif 图:Summanen湖一带的航空电磁数据(左)和电阻异常(右),两图中间的圆形部分就是Summanen陨石坑。来源:参考文献[1]

  但,仅仅看到坑,才只是第一步。如何证明这个坑就是想要的陨石坑,而不是火山喷发或者地表凹陷?怎么确定电磁数据上表现出的圆形结构不是湖底沉积了磁性不同的矿物?
  其次,证明就是陨石坑
  证明“坑”是陨石坑,还需要更多证据。于是2017年夏季,科学家们在这里又进行了两次详细考察。
  那么陨石撞击还有什么特征呢?陨石碎片?别想了,坑都侵蚀没了,还能剩下碎片么…但,陨石落地时会以十几公里每秒的速度猛烈撞击地面……这意味着……它一定会在岩石上留下在短时间内受到高温高压冲击作用的痕迹
DSC0007.jpg 图:陨石坑的形成过程。来源:维基

  证据一:震裂锥
  这些痕迹中,最常见的就是震裂锥(shatter cone),这是一种比较典型的陨石撞击或者核爆破产物。岩石在受到2-30GPa的压强之下可能会形成这种锥状发散的线条,是一种宏观的肉眼可以识别的撞击地貌。典型的震裂锥长这样:
DSC0008.jpg (左)加拿大魁北克的Charlevoix陨石坑中发现的碎裂锥。来源:Wiki by JM Gastonguay;(右)德国Ries陨石坑中发现的碎裂锥。来源:维基by Johannes Baier

  这次,在Summanen湖一带的31处采样中,有8处发现了震裂锥。
DSC0009.jpg 图: 31处采集了样本的地方。来源:参考文献[1]

DSC00010.jpg Summanen湖沿岸一带发现的碎裂锥。来源:参考文献[1]

  证据二:面状变形构造
  但仅震裂锥一种特征还不足以证明这里一定经历过陨石撞击。
  事实上,除了震裂锥之外,还有一些常见的岩石冲击变质产物,如撞击角砾岩、柯石英、斯石英、微粒钻石,详情请参考,这些同样只能作为此处发生过高压撞击作用的辅证,而非实锤。
  最关键的证据是一种叫做面状变形构造(Planar deformation features,简称PDFs)的特征,这是一种微观特征,需要在显微镜下才能看到。
  经历过陨石撞击引起的高压冲击作用的硅酸盐矿物(通常是石英或长石)晶粒中可能会产生一组或多组平行于不同方向的线性裂隙,平行裂隙之间的间距在十几到几十微米量级。
DSC00011.jpg 典型的石英晶粒中的面状变形构造(PDFs)。来自(左)加拿大Bosumtwi陨石坑,参考文献[3];(右)芬兰的Keurusselka陨石坑,参考文献[4]。图中都是平行于两个不同方向的情况。

  这是一种只可能出现在高压冲击作用现场的产物,也是目前地球上判定一个坑是不是陨石撞击形成的决定性因素。
  而这次在Summanen湖一带发现的8处震裂锥样本中,有两处呈现出了面状变形构造(PDFs),证实这里确实曾经有一个陨石坑
本次采样发现的两处样本中的面状变形构造(PDFs),这是判定Summanen湖中的圆形结构确实是一个陨石坑的决定性证据。来源:参考文献[1]

  由于这个陨石坑年代太过久远,又深埋在湖底,缺乏更多详细资料,科学家们无法判断这个陨石坑具体形成于什么年代。只是综合考虑这一代的地质情况,科学家们推测这个陨石坑大致形成于古生代晚期到新生代之间
后记
  在芬兰这个国土面积只有33.8万平方公里的地界上,人们已经陆续发现了12个陨石坑。这很大程度要归功于芬兰完善的地球物理资料(主要是地磁数据和重力数据),和对陨石坑的野外地质调查工作的大力投入。
  而幅员辽阔的中国,目前仅确认发现了一个陨石坑——位于辽宁省鞍山市岫岩满族自治县的岫岩陨石坑,直径约1.8公里。
岫岩陨石坑在800米高空的俯视图。来源:人民网

  一定还有许多“害羞”的陨石坑们,也在静静躺在湖底,或藏匿于森林,等待我们去一一探寻。
参考文献:

  • Plado, J., Hietala, S., Kreitsmann, T., Lerssi, J., Nenonen, J., & Pesonen, L. J. (2018). Summanen, a new meteorite impact structure in Central Finland. Meteoritics & Planetary Science.
  • Head, J. W., Fassett, C. I., Kadish, S. J., Smith, D. E., Zuber, M. T., Neumann, G. A., & Mazarico, E. (2010). Global distribution of large lunar craters: Implications for resurfacing and impactor populations. science, 329(5998), 1504-1507.
  • Osinski, G. R., Grieve, R. A., Bleacher, J. E., Neish, C. D., Pilles, E. A., & Tornabene, L. L. (2018). Igneous rocks formed by hypervelocity impact. Journal of Volcanology and Geothermal Research.
  • Ferrière, L., Raiskila, S., Osinski, G. R., Pesonen, L. J., & Lehtinen, M. (2010). The Keurusselkä impact structure, Finland—Impact origin confirmed by characterization of planar deformation features in quartz grains. Meteoritics & Planetary Science, 45(3), 434-446.

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