“天外來客” 隕石的腳印

繆國平

直徑320千米

有關(guān)專家估計(jì)，30億年以來，“天外來客”隕石在地球上砸成的直徑大于0.8千米的隕坑達(dá)15萬個以上，其中直徑超過10千米的隕坑有3000多個，而直徑超過30千米的隕坑有200個左右。

加拿大地質(zhì)學(xué)家F·格雷夫指出：至今，在地球表面已識別出的隕石沖擊坑有130個之多。在這130個隕坑中，有地表顯示的和隱埋于地下的差不多各占一半，它們絕大多數(shù)被發(fā)現(xiàn)于北美和歐洲?，F(xiàn)在，人們平均每年發(fā)現(xiàn)隕坑5個左右，隨著研究工作的擴(kuò)大，人們每年發(fā)現(xiàn)的隕坑的數(shù)量還可能會增加。美國宇航局的C·伍德預(yù)計(jì)，在勘查程度較低的南半球很可能發(fā)現(xiàn)10個以上有地表顯示、直徑大于20千米且年齡小于1.2億年的大隕坑。

已知的隕坑的直徑從幾米到320千米不等。中心點(diǎn)位于捷克首都布拉格附近的“布拉格盆地”隕坑最大，直徑為320千米。其次是加拿大的薩德伯里隕坑和南非的弗里德堡隕坑，兩者直徑均為140千米。再其次是西伯利亞的波皮蓋隕坑和加拿大的馬尼夸根隕坑，直徑均為100千米。

巨型隕石以每秒15千米至20千米的速度墜落于地球表面時，沖擊波壓力及攜帶的能量都是無比巨大的。據(jù)估計(jì)，地球表面每年釋放的總能量（包括火山噴發(fā)及地震等）平均為1028爾格，而墜落在加拿大薩伯里的一顆直徑達(dá)8千米的隕石，在爆炸時所釋放的能量達(dá)2×1030爾格，相當(dāng)?shù)厍虮砻嬖?00年內(nèi)釋放的全部能量。一般火山爆發(fā)的壓力只有幾百個大氣壓，而這顆隕石的沖擊波壓力為數(shù)百萬個大氣壓。隕石體積愈大，隕坑的形態(tài)就愈復(fù)雜。直徑小于2千米的隕坑，通常呈簡單的碗狀;而直徑在2千米～30千米之間的隕坑，在碗口內(nèi)出現(xiàn)一中心隆起;直徑在30千米以上的隕坑，周圍則會出現(xiàn)多個同心環(huán)帶，如加拿大的馬尼夸根隕坑就屬此類。

比全年的地震強(qiáng)烈千百倍

近年來，加拿大和美國的地學(xué)家在馬尼夸根隕坑采集了上千個巖樣。通過巖石結(jié)構(gòu)和組分分析以及重、磁力測量，他們對該隕坑的形成過程做了這樣的恢復(fù)：大約在2.14億年以前，一個直徑約6千米的隕星帶著明徹天空的火光，伴隨著震撼大地的轟響，以每秒17千米的速度墜入地球。在與地面發(fā)生沖擊的幾秒鐘內(nèi)，沖擊波達(dá)幾百萬個大氣壓，使靶區(qū)物質(zhì)一部分被蒸發(fā)掉，一部分被拋撒出去，形成一個深約9千米、直徑約50千米的巨型深坑。幾乎在同一時間內(nèi)，由于瞬時的絕熱擠壓作用，離爆炸中心8千米的范圍內(nèi)，巖石發(fā)生熔化。熾熱的巖漿以每秒幾千米的流速在坑內(nèi)流動，并將周圍發(fā)生變形的巖石碎塊夾帶進(jìn)去。在幾分鐘內(nèi)，這些有大量捕虜體的熔巖流，在隕坑的上部形成厚300米以上的覆蓋層。與此同時，隕坑邊緣的不穩(wěn)定巖層出現(xiàn)相變、形變和破碎，發(fā)生下沉，使得坑底升高，形成一中心隆起。

加拿大的格雷夫認(rèn)為，產(chǎn)生馬尼夸根隕坑的沖擊能量相當(dāng)于一年內(nèi)發(fā)生的所有地震集中在地球表面一點(diǎn)上的能量的100倍至1000倍，并且僅在幾分鐘內(nèi)便釋放完了。

影響極其嚴(yán)重

巨隕石的墜落，會對我們的地球產(chǎn)生不小的影響。研究這些影響，有著重大的科學(xué)意義和實(shí)際意義。

有人想象，二三十億年前巨隕石對地球頻繁而又猛烈的轟擊，可能加速了地球表面的連續(xù)運(yùn)動（即今天所稱的板塊構(gòu)造運(yùn)動），它們在地球表面造成的巨大隕坑可能就是現(xiàn)今洋盆和陸地區(qū)分的開始。還有人想象，這種直徑在幾千米至幾十千米乃至100千米以上的巨隕石對地球表面的猛烈撞擊，可使地球的旋轉(zhuǎn)軸和運(yùn)行角速度發(fā)生改變，直接導(dǎo)致地球上氣候的突變及晝夜時間的變化。

“新災(zāi)變說”的代表美國加州大學(xué)伯克利分校的阿爾瓦雷斯曾指出，在距今6500萬年的白堊紀(jì)末期，曾有一直徑在5千米至10千米之間的外地小星體與地球撞擊，發(fā)生爆炸，向天空拋放了巨量的塵埃，形成了厚厚的一層天幕，昏天黑地達(dá)數(shù)月之久，嚴(yán)重破壞了生物圈，造成植物不能進(jìn)行光合作用而大量死亡，恐龍及其他爬行動物因食物鏈中斷而大規(guī)模滅絕。有人進(jìn)一步設(shè)想，在地外星體與地球相撞的同時，還產(chǎn)生了巨大的熱效應(yīng)：地面氣溫在有的地方因天空出現(xiàn)保護(hù)屏蔽而猛降，在有的地方因造成溫室效應(yīng)而猛升。另外，巨隕石撞擊還造成猛烈的沖擊波、酸雨和海洋污染。所有這些足可在短時間內(nèi)造成白堊紀(jì)末期近乎全部生物大滅亡的悲劇。

巨隕石墜落地表，可使巖石發(fā)生一種特殊的沖擊變質(zhì)作用。其特點(diǎn)是速度極快，超高壓（數(shù)萬至數(shù)百萬個大氣壓），溫度極高（2000℃～4000℃）。而一般發(fā)生變質(zhì)作用所需時間為103年至109年，壓力在數(shù)萬個大氣壓以內(nèi)，溫度在1200℃以下。在隕坑內(nèi)，可見有爆炸角礫巖、錐狀破碎巖塊和沖擊造成的某些特殊礦物，如密度很大的石英變種——柯石英、超石英以及由石墨轉(zhuǎn)變成的金剛石等。沖擊變質(zhì)作用的程度自坑口中心向外依次變?nèi)酰涸谥行牟课?，全巖可發(fā)生玻璃化，而在最外部，巖石在低溫低壓下僅發(fā)生某種損壞。研究隕石的沖擊變質(zhì)作用可啟發(fā)我們通過采用人工強(qiáng)烈爆炸法測定某些地球物理參數(shù)（壓力和密度），促進(jìn)我們對地球內(nèi)部物質(zhì)性質(zhì)的認(rèn)識。

世界最大銅鎳礦產(chǎn)地之一，加拿大薩德伯里礦區(qū)的礦化作用，被認(rèn)為是與巖漿活動有關(guān)。南非弗里德堡地區(qū)的鈾礦成因也被解釋是巨隕石砸入地下，熾熱巖漿將深部的鈾礦帶到地表。此外，陸地受到?jīng)_擊后產(chǎn)生的大量斷裂有利于油氣的運(yùn)移和聚集。目前，國外已發(fā)現(xiàn)了好幾個與隕坑有關(guān)的油氣田，如位于美國北達(dá)科他州境內(nèi)的紅翼河油田、位于加拿大斯喀徹溫省境內(nèi)的維尤菲爾德油田等。不久的將來，人類將在隕石爆炸的啟發(fā)下采用原子爆炸的方怯，開采大型低品位礦床，建立大規(guī)模的地下儲庫。

巨型隕坑的研究是一個新領(lǐng)域，目前在美國和加拿大已發(fā)展成為一門邊緣學(xué)科，受到人們愈來愈多的關(guān)注。