中科院之聲 

3小時(shí)前

太陽系中不同大小的星球均依循著一定的軌道環(huán)繞著太陽高速運(yùn)行。一些小天體在運(yùn)行過程中受到別的星球引力影響發(fā)生軌道變化，從而有可能導(dǎo)致這些小天體與某些星球之間發(fā)生碰撞（圖1）。太陽系許多固態(tài)星球表面都存在有經(jīng)由星球碰撞而形成的環(huán)形凹坑或環(huán)形地質(zhì)構(gòu)造，即撞擊坑或隕石坑。

圖1. 星球碰撞示意圖

地球在形成以后到現(xiàn)在一直受到地外小行星、彗星和流星體的撞擊，今后仍有可能發(fā)生。眾所周知，月球表面布滿了數(shù)以萬計(jì)不同規(guī)模大小的隕石坑，表明了它在歷史上經(jīng)受了小天體的高頻率撞擊。

月球是地球的衛(wèi)星，兩者在太陽系中的位置和空間環(huán)境相似。鑒于月球上隕石坑的分布狀況，地球在歷史上也極有可能受到過地外小天體的高頻率撞擊。然而，目前在地球上發(fā)現(xiàn)的隕石坑數(shù)量不到200個(gè)。大量的研究結(jié)果表明，地球和月球不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和演化歷史是導(dǎo)致兩者之間在隕石坑現(xiàn)存數(shù)量上出現(xiàn)巨大差異的重要原因。

月球大約在距今30億年前就已經(jīng)基本停止了活躍的地質(zhì)活動，導(dǎo)致許多在不同年代形成的隕石坑被保存了下來。地球自形成以來到今天的地質(zhì)活動一直維持在活躍狀態(tài)。在地球內(nèi)部熱狀態(tài)和熱動力系統(tǒng)作用下，地質(zhì)活動頻繁，地表不斷受到板塊構(gòu)造運(yùn)動、火山噴發(fā)、造山運(yùn)動、風(fēng)化侵蝕、沉積作用等地質(zhì)作用的改造。很顯然，許多形成在地球表面的隕石坑在長期的內(nèi)、外動力地質(zhì)營力作用下受到破壞、掩埋甚至被完全抹去。僅有少部分隕石坑被保存了下來。

地外小天體撞擊地球表面會留下一定大小的地質(zhì)印痕。由于地球大氣層的保護(hù)，那些體積較小的小行星或隕石在進(jìn)入到地球大氣層中會被不斷減速和發(fā)生消蝕。一些未燃盡的流星體或碎塊墜落到地面成為了隕石。這些體積較小的殘留隕石與地表發(fā)生碰撞時(shí)的速度已經(jīng)明顯變低，隕石體以機(jī)械力貫入到地面以下一定深度形成的小洞穴，這些洞穴的直徑等于或略大于隕石體的直徑，這些小洞穴被稱之為隕石滲透坑。1976年3月8日發(fā)生在我國吉林省吉林市的隕石雨，其中一塊重量1770kg、體積接近0.8立方米的石隕石碎塊就穿過地表凍土層，形成了一個(gè)深度6.5m、直徑2.1m的隕石滲透坑（圖2）。

圖2. 吉林隕石滲透坑（由于人工挖掘工程，坑的直徑擴(kuò)大到4米）

當(dāng)體積和質(zhì)量較大的小行星、彗星和流星體等地外小天體撞擊地球時(shí)，大氣層對這些小天體的燒蝕程度有限并且起不到明顯的減速作用。當(dāng)這些小天體最后以超高速度與地球表面發(fā)生碰撞會產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波作用并引發(fā)爆炸效應(yīng)，這種撞擊爆炸形成的環(huán)形地質(zhì)構(gòu)造被稱之為隕石坑。這類星球撞擊事件釋放出來的能力較大。

相關(guān)研究指出，一顆直徑約為6m的鐵隕石以20km/s的速度撞擊地表可以在瞬間釋放出2萬噸TNT炸藥當(dāng)量的能量。地外小天體撞擊形成的隕石坑直徑一般可達(dá)到隕石體直徑的十多倍到三十倍。隕石坑與隕石滲透坑和其他非撞擊成因地質(zhì)構(gòu)造的有嚴(yán)格的科學(xué)區(qū)分。學(xué)術(shù)界將受到撞擊的巖石的沖擊變質(zhì)現(xiàn)象確定為隕石坑的主要判別標(biāo)志。隕石滲透坑和其他非撞擊成因環(huán)形地質(zhì)構(gòu)造的巖石不存在沖擊變質(zhì)特征。

目前在地球上發(fā)現(xiàn)的隕石坑直徑從160km到14m不等，最古老的24億年，最年輕的僅有10多年。直徑達(dá)50千米以上的隕石坑有13個(gè)，這些類較大規(guī)模的撞擊事件主要發(fā)生在距今500萬年前到距今24億年前。這些隕石坑主要分布在大陸地區(qū)，在洋殼上只發(fā)現(xiàn)了一個(gè)隕石坑。

位于墨西哥尤卡坦半島的?？颂K羅布隕石坑是6500萬年前一顆直徑大約10km的小行星撞擊的結(jié)果，隕石坑直徑150km，這次撞擊事件導(dǎo)致了當(dāng)時(shí)全球氣候和生態(tài)環(huán)境的突變以及恐龍等生物大滅絕。然而，從另一個(gè)角度來說，地球上發(fā)生的一些重大星球碰撞事件也對地球演化以及人類和社會發(fā)展有其積極意義的一面，它促進(jìn)了地球生物的演化，締造了一系列有用的礦產(chǎn)資源等。

根據(jù)現(xiàn)有的地球隕石坑資料分析，地球近十萬年來形成的直徑超過250m的隕石坑只有5個(gè)，其中最大規(guī)模的是我國的依蘭隕石坑，直徑1850m，年齡4.9萬年（圖3）。地球近十萬年來是現(xiàn)代人類活動的繁盛時(shí)期。依蘭星球碰撞事件釋放的能力足以對當(dāng)?shù)匾欢▍^(qū)域范圍內(nèi)的生態(tài)環(huán)境造成災(zāi)難性的影響。關(guān)注地球近期發(fā)生的小行星撞擊事件的位置、頻率和規(guī)律對人類文明的發(fā)展具有重要的意義。

圖3. 依蘭隕石坑

來源：中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所