探索发生在地球上的星球碰撞事件

中科院之声

3小时前

太阳系中不同大小的星球均依循着一定的轨道环绕着太阳高速运行。一些小天体在运行过程中受到别的星球引力影响发生轨道变化，从而有可能导致这些小天体与某些星球之间发生碰撞（图1）。太阳系许多固态星球表面都存在有经由星球碰撞而形成的环形凹坑或环形地质构造，即撞击坑或陨石坑。

图1. 星球碰撞示意图

地球在形成以后到现在一直受到地外小行星、彗星和流星体的撞击，今后仍有可能发生。众所周知，月球表面布满了数以万计不同规模大小的陨石坑，表明了它在历史上经受了小天体的高频率撞击。

月球是地球的卫星，两者在太阳系中的位置和空间环境相似。鉴于月球上陨石坑的分布状况，地球在历史上也极有可能受到过地外小天体的高频率撞击。然而，目前在地球上发现的陨石坑数量不到200个。大量的研究结果表明，地球和月球不同的地质结构特点和演化历史是导致两者之间在陨石坑现存数量上出现巨大差异的重要原因。

月球大约在距今30亿年前就已经基本停止了活跃的地质活动，导致许多在不同年代形成的陨石坑被保存了下来。地球自形成以来到今天的地质活动一直维持在活跃状态。在地球内部热状态和热动力系统作用下，地质活动频繁，地表不断受到板块构造运动、火山喷发、造山运动、风化侵蚀、沉积作用等地质作用的改造。很显然，许多形成在地球表面的陨石坑在长期的内、外动力地质营力作用下受到破坏、掩埋甚至被完全抹去。仅有少部分陨石坑被保存了下来。

地外小天体撞击地球表面会留下一定大小的地质印痕。由于地球大气层的保护，那些体积较小的小行星或陨石在进入到地球大气层中会被不断减速和发生消蚀。一些未燃尽的流星体或碎块坠落到地面成为了陨石。这些体积较小的残留陨石与地表发生碰撞时的速度已经明显变低，陨石体以机械力贯入到地面以下一定深度形成的小洞穴，这些洞穴的直径等于或略大于陨石体的直径，这些小洞穴被称之为陨石渗透坑。1976年3月8日发生在我国吉林省吉林市的陨石雨，其中一块重量1770kg、体积接近0.8立方米的石陨石碎块就穿过地表冻土层，形成了一个深度6.5m、直径2.1m的陨石渗透坑（图2）。

图2. 吉林陨石渗透坑（由于人工挖掘工程，坑的直径扩大到4米）

当体积和质量较大的小行星、彗星和流星体等地外小天体撞击地球时，大气层对这些小天体的烧蚀程度有限并且起不到明显的减速作用。当这些小天体最后以超高速度与地球表面发生碰撞会产生强烈的冲击波作用并引发爆炸效应，这种撞击爆炸形成的环形地质构造被称之为陨石坑。这类星球撞击事件释放出来的能力较大。

相关研究指出，一颗直径约为6m的铁陨石以20km/s的速度撞击地表可以在瞬间释放出2万吨TNT炸药当量的能量。地外小天体撞击形成的陨石坑直径一般可达到陨石体直径的十多倍到三十倍。陨石坑与陨石渗透坑和其他非撞击成因地质构造的有严格的科学区分。学术界将受到撞击的岩石的冲击变质现象确定为陨石坑的主要判别标志。陨石渗透坑和其他非撞击成因环形地质构造的岩石不存在冲击变质特征。

目前在地球上发现的陨石坑直径从160km到14m不等，最古老的24亿年，最年轻的仅有10多年。直径达50千米以上的陨石坑有13个，这些类较大规模的撞击事件主要发生在距今500万年前到距今24亿年前。这些陨石坑主要分布在大陆地区，在洋壳上只发现了一个陨石坑。

位于墨西哥尤卡坦半岛的希克苏罗布陨石坑是6500万年前一颗直径大约10km的小行星撞击的结果，陨石坑直径150km，这次撞击事件导致了当时全球气候和生态环境的突变以及恐龙等生物大灭绝。然而，从另一个角度来说，地球上发生的一些重大星球碰撞事件也对地球演化以及人类和社会发展有其积极意义的一面，它促进了地球生物的演化，缔造了一系列有用的矿产资源等。

根据现有的地球陨石坑资料分析，地球近十万年来形成的直径超过250m的陨石坑只有5个，其中最大规模的是我国的依兰陨石坑，直径1850m，年龄4.9万年（图3）。地球近十万年来是现代人类活动的繁盛时期。依兰星球碰撞事件释放的能力足以对当地一定区域范围内的生态环境造成灾难性的影响。关注地球近期发生的小行星撞击事件的位置、频率和规律对人类文明的发展具有重要的意义。

图3. 依兰陨石坑

来源：中国科学院广州地球化学研究所