澳大利亞發現世界上已知最古老的隕擊坑

2020-09-17 天文在線

澳大利亞奧特衛普的一個70公裡寬（43 英裡）的撞擊結構的歷史可以追溯到22億年，是地球上已知最古老的小行星隕石坑。令人著迷的是，這顆小行星可能會陷入巨大的冰蓋中，從而引發了全球範圍的變暖期。

圖解：藝術家所作的大型小行星撞擊地球概念圖。圖片來自於：Don Davis/SWRI

日前Nature Communications發表了新的研究論文，該研究的內容已經被大眾所普遍接受——位於澳大利亞西部的亞拉布巴隕星坑是當前已知地球上最古老的隕星坑。亞拉布巴星隕坑大概已經有22.29億年的歷史了。它比位於南非並且寬度大概為200公裡（120英裡）的弗裡德堡隕石坑還多存在大概2.1億年的歷史。澳大利亞安大略省的薩德伯裡隕石坑也要較亞拉布巴少大概3.8億年的歷史，薩德伯裡隕石坑有著180公裡（112英裡）的寬度。

蒂蒙斯·埃裡克森是該項研究的第一作者。他就職於NASA詹森空間站中心，曾經就讀於科廷大學。他和他的同事們提供的證據表明一個寬度大約為7公裡的小行星撞擊了一塊巨大的冰蓋從而形成了亞拉布巴隕星坑。此次撞擊產生了大量的水蒸氣，這些水蒸氣瀰漫在空氣中，而且潛移默化地導致了地球的氣候變暖。

圖解：亞拉布巴撞擊坑結構地圖。圖片來自於：T. M. Erickson et al., 2020/Nature Communications

科學家們很久之前就已經知道亞拉布巴隕星坑的存在了，但是它因為一些原因並沒有被確定年代，原因如下：亞拉布巴隕星坑的「年齡」太大了，它的表面上覆蓋著穩定的地質材料，由各個年代的地質材料積累而來，並且它位於偏遠地西部澳大利亞地區。以前確定年代要靠隕石坑的寬度來確認在一定的範圍內浮動，大概確定亞拉布巴的「年齡」在11億到26億年之間。在2003年，第一個證實亞拉布巴隕星坑是一個「高齡」隕石坑的團隊提供出了一個較為精確的年代，大概在26億年前，亞拉布巴誕生了，不過這個團隊認為亞拉布巴隕星坑不應該在這個年代誕生。但是依據Nature Communications的研究來看，這個估算真的是太正確了。

埃裡克森和他的同事們為了確定亞拉布巴隕石坑的年代，從最大的侵蝕坑中提取那些被衝擊成碎塊的礦物來進行分析。說得具體一點，他們分析了在那次隕星坑形成時的撞擊中再度結晶的鋯石和獨居石，也因此外界稱之為「團隊震碎了礦物。」

埃裡克森在郵件中向 Gizmodo解答說：「鋯石和獨居石是兩類最為常見的鉛鈾地質學時鐘，因為它們的晶體結構可以在結晶狀態中與鈾結合卻不與鉛結合。並且鈾會以已知的速率衰變為鉛，我們可以通過鉛與鈾的比例來確定年代。」

團隊使用了一種獨有的方法，來謹慎地識別出小行星撞擊後的再結晶部分的礦物。

艾瑞克森表示：「越地小行星平均每秒鐘飛行15公裡的距離之後才會被摧毀，相當於每秒鐘飛行9.3英裡。小行星撞擊地面之後甚至會造成高溫和超大的氣壓。這些條件就會使鋯石和獨居石發生重結晶，晶體中的鉛就會析出，就好像將時鐘歸零一樣。將那些重結晶的部分當做目標區域來進行檢測，就可以確定撞擊的年代了。」

這個辦法使我們有了一個相對來講較為精確的隕星坑年代——22.29億年，大概存在著上下浮動500萬年的模糊範圍。

更有趣的事情是這次測量出來的年代和「雪球化地球」的那一次冰期結束的時間相一致！

模型展示了小行星撞擊後的歐洲大陸冰蓋和下面覆蓋的巖石Image: T. M. Erickson et al., 2020/Nature Communications

「大概在24億年前，植物開始進行光合作用，通過其光合作用的產物改變了地球的大氣環境狀況。大氣中的二氧化碳、甲烷和氧氣的含量開始大幅度的提升。22億年前到24億年前地球表面的冰川沉積證實了風化使地球表面冷卻了下來。」艾瑞克森說道。

因為亞拉布巴隕石坑和這些最新的冰川沉積年代相一致，研究人員決定模擬一次隕石撞擊。模擬出70公裡寬的冰蓋破裂的場景。包括模擬出撞擊導致水蒸氣蒸發的情形。這次研究的結果表明，撞擊會向天空中排放蒸發出的87萬億到5000萬億的水蒸氣。這會對氣候產生出自不待言的影響。

艾瑞克森告訴記者：「我們假設亞拉布巴隕星撞擊在冰蓋上會產生出大量水蒸氣，這些水蒸氣能產生溫室效應，甚至比二氧化碳更有效。」艾瑞克森又補充道：「如果水蒸氣在大氣中存在的時間足夠長，就會使地球的大氣環境變暖，然而還需要更多的模型來證實這是否是暖化地球表面的可行機制。」

儘管隕星撞擊或許會結束地球的冰川時代，但是需要更多的研究來闡明它在地球氣候變化中的角色及其對氣候的長期影響因素。

有了一個振奮人心的研究方向——科學家們如何給小行星或者隕星坑來進行斷代。因此地質學家們需要繼續研究更古老的隕星坑。這或許會揭示更多關於我們這顆星球的古老歷史。


作者: George Dvorsky

FY: Vito

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