芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难? | 目的地Destination

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?

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]

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
(左)芬兰目前已经确认的所有陨石坑的相对大小和位置(陨石坑比实际大小扩大了2倍),包括本次发现的Summanen陨石坑;(右)Summanen湖一带的水下地形图,越蓝表示位置越低。本次发现的Summanen陨石坑(黄色虚线圈),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,等等,发现陨石坑有什么稀奇的?陨石坑这种东西,在太阳系内简直不要太常见,这是整个太阳系不断遭受着小天体撞击的证据。也就是说,只要有固态表面,基本就会遍布陨石坑。

比如,表面积只有3793万平方公里(只有地球的7.4%)的月球上,直径大于20公里的陨石坑有近7000个,直径大于1公里的陨石坑……emmm不是天文数字,也就……一百多万个吧。

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
(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,作为月球的邻居,我们的地球上发现的陨石坑却少得可怜。目前为止,包括所有大小的陨石坑…一共…只发现了190多个

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
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,但正比于实际陨石坑的大小。来源:维基

为,为什么啊?

因为地球上有生命栖息,所以额外受到太阳系的眷顾吗?醒醒,别做梦,当然不是。地球上陨石坑这么少的主要原因有三个:

1、地球有大气层的保护,所以特别小的撞击体还没穿过大气层就被烧完了,不会砸到地面上来,这保证了地球上不太可能有非常小(直径不到几十米)的陨石坑;

2、地球上一大半面积都被海洋覆盖,太小的陨石砸到海里也不会形成陨石坑;

3、地球上各种地质活动(板块构造、火山、地震、流水、风化侵蚀等等等等,甚至还包括动植物的破坏)实在是太丰富多彩了,这些地质活动会不断“擦掉”已经形成的陨石坑,所以一个陨石坑年龄越老、规模越小,就越难留下痕迹。

也就是说,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。

你会说,这有什么难的?几公里甚至几十公里的大坑,怎么会找不到?

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,都没有人知道那里曾经有过陨石坑!因为陨石坑早就被浅海形成的石灰岩沉积充填,再加上各种地质侵蚀,肉眼已经很难看出陨石坑的轮廓了。

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
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……如何发现它们。于是问题来了,如何确定一个坑是陨石坑呢?

让我们来看看芬兰这个Summanen陨石坑的发现过程吧。

首先你要找到坑

陨石坑是小天体从天而降砸出来的嘛,所以废话,陨石坑首先要是个坑。

然而事情并不那么简单,就像我们前面提到的,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》里面那么明显的。

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
糸守湖是陨石坑。来源:电影《你的名字》

比如芬兰这次这个Summanen陨石坑,早已被Summanen湖所掩埋了。这个湖最深处有41米深,谷歌地球上长这样:

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
图:Summanen湖。来源:谷歌地球

纳尼?你告诉我这湖里有个坑?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。对,虽然在水底地形图上并不明显,但十几年前,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了。电磁数据显示这个圆形坑的直径大约2.6公里,不过考虑到各种地质作用的侵蚀,实际的直径应该比这个大。

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
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]

然后,你要证明“坑”是“陨石撞出来的”

但有个坑还远远不够。你咋知道这个坑是陨石撞出来的而不是火山喷发或者地表凹陷呢?更何况,这个坑在地形上几乎已经完全被填平了,并不比周围的湖底更低…那么仅仅在电磁数据上表现出的圆形结构,可能的原因就更多了,比如会不会是湖底沉积了一些磁性不一样的矿物?

所以,我们还需要更多证据。于是2017年夏季,科学家们在这里又进行了两次详细的野外地质考察。

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
图: 31处采集了样本的地方。来源:参考文献[1]

证据1:震裂锥

那么陨石撞击还有什么特征呢?首先,陨石碎片是别想了,坑都侵蚀没了,陨石还能有么……但,陨石坑是高速飞行的陨石(速度十几公里每秒)猛烈撞击地面形成的……这意味着……一定会留下岩石在短时间内迅速受到高温高压冲击作用的痕迹!

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
图:陨石坑的形成过程。来源:维基

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:

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
(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

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
Summanen湖沿岸一带发现的碎裂锥。来源:参考文献[1]

证据2: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、微粒钻石等,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。

最关键的实锤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。

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
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最重要的实锤。

而这次在Summanen湖一带发现的8处震裂锥样本中,有两处发现了面状变形构造(PDFs),证实这里确实曾经有一个陨石坑

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
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形成于显生宙(5.41亿年前至今),更可能在古生代晚期到新生代之间

后记

国土面积只有33.8万平方公里的芬兰,目前已经发现了12个陨石坑。对此,文章作者也表示,这绝不是因为芬兰被上天选中了,而更多有赖于芬兰有更完善的地球物理资料(主要是地磁数据和重力数据),而且芬兰对陨石坑的野外地质调查工作比较重视的缘故

而我们幅员辽阔的中国,目前仅有一个确认的陨石坑——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。

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?
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。

希望中国接下来也能发现更多的陨石坑吧!


PS:这篇本来昨天就打算发的,因为一点突发事件气的脑壳疼,就拖到了今天。这篇丢给 @云舞空城 审稿的时候,舞大说希望我多写一点中国陨石坑的地质考察情况,分析一下原因…最终我还是没有写,主要是因为自己的知识储备和见识不到那个份上。科学这种事,什么时候应该把多少钱投在哪里,我并没有眼光和把握力,所以不敢妄加置喙。

只说事实的话,目前基本上陨石坑发现的多的国家都是发达国家,因为确实寻找陨石坑这种工作,工作量大,结果不稳定(可能找了很久什么证据都没找到),而且收益太低(基本只有旅游和科研价值)。所以我想,中国现在陨石坑发现的不多也不能完全就说是“认识不够”,或许也是“还没到那个份上”。

虽然最近有一些相关的争执,但我想,最重要的一点是,我觉得大家都不要忘记,每个人都是自私的,每个人做大多数事都是有所图的,区别只是图什么而已。但我想,只看内容,不问动机,对每个读者才是更加轻松的方式吧。

虽然说我能看懂文章,能有笔力写下来,于我而言已经是幸运,但如果说私心,我当然是有的。

或许有地质工作者看到这篇文章,会产生这些念头,会去尝试申请相关的科研项目经费,这是最好的。

或许目前确实没有这样的条件,至少会在看到的每个读者心里埋下一颗种子

这些陨石坑已经在地球上存在了几十亿年了,也不在乎多等几十年。

或许再过十年二十年,等到我们的下一代不用再为稻粱苦谋的时候,他们可以有兴趣去探探险,寻找一下数亿年前来自太阳系的“馈赠”吧。

拓展阅读

几十年前的人们,曾经压根都不相信地球甚至月球上的陨石坑是陨石撞击形成的,而认为是火山喷发的痕迹。改变这一观念的其中一位重要的科学家叫做尤金·舒梅克。1960年,尤金和另外两名地质学家在巴林杰陨石坑的岩石中首次发现了天然柯石英这种在高压下才可能形成的矿物,成为当时证明陨石坑是陨石撞击而非火山口的重要证据。当然,现在的我们已经知道了,即使是柯石英也只是参考,证明地球上的陨石坑是陨石撞击而成的真正决定性的证据,是我们这次介绍的面状变形构造(PDFs)

那个埋葬在月球上的男人,今天90岁生日

参考文献

[1] 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.

[2] 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.

[3] 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.

[4] 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.

来源:知乎 www.zhihu.com
作者:haibaraemily

【知乎日报】千万用户的选择,做朋友圈里的新鲜事分享大牛。 点击下载

分享

芬兰新发现了一个陨石坑!在地球上找个坑怎么就这么难?:等您坐沙发呢!

Leave your comment