撞擊坑

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Google地圖: 北緯 35°2′1.42″, 西經 111°1′22.25″
月球上的第谷坑環形山,NASA照片

撞擊坑(又稱隕石坑環形山)為行星衛星小行星或其它類地天體表面通過隕石撞擊而形成的環形的凹坑。撞擊坑的中心往往會有一座小山,在地球上撞擊坑內常常會積水,形成撞擊湖,湖心則有一座小島。

在具有風化過程的天體上或者具有地殼運動的天體上老的撞擊坑會逐漸被磨滅。比如在地球上通過風化、風吹來的塵沙的堆積、岩漿撞擊坑會被掩蓋或者磨滅。在其它天體上有可能有其它效應來磨滅撞擊坑。比如木衛四的表面是,隨著時間的流易,冰會慢慢流動,使得這顆衛星表面的撞擊坑消失。

在地球上約有150個大的依然可以辨認出來的撞擊坑,其中直徑大於100公里的僅有5個,通過對這些撞擊坑的研究地質學家還發現了許多已經無法辨認出來的撞擊坑。幾乎所有具有固體表面的行星和衛星均帶有撞擊坑。在有些天體上撞擊坑的密度可以被用來確定相應的表面地區的形成年代。

歷史[編輯]

丹尼爾·巴林傑是第一位將一個地球上的地質形態確認為撞擊坑的人:他指出美國亞利桑那州巴林傑隕石坑是一個撞擊坑。但是當時他的理論沒有獲得很多支持者,當時大多數地質學家認為地球上沒有遺留下來的撞擊坑。

1920年代美國地質學家沃爾特·布克(Walter H. Bucher)研究了美國境內的一系列環形山,最後他認為這些環形山是有巨大的爆炸事件造成的,但是他認為這些爆炸事件是強烈的火山爆發造成的。但是1936年其他地質學家得出結論認為這些環形山可能是由撞擊造成的。

這個問題一直到1960年代依然未完全解決,這個時期的一系列研究,尤其是尤金·舒梅克的詳細研究提供了明確的證據證明這些環形山是由撞擊形成的,這些研究確認了一系列只有通過撞擊才會產生的衝擊變態,其中最知名的是衝擊石英

使用這些研究所獲得的新的判斷手段一些地質學家開始在全世界尋找撞擊坑,到1970年他們已經初步斷定了50多個撞擊坑。

雖然如此他們的結果依然很有爭議。但是當時正在進行的阿波羅計劃給科學家提供了直接的月球上的撞擊坑的數據。月球上的風化極小,因此其表面的撞擊坑幾乎可以無限長地保留著。由於地球與月球上的撞擊坑密度應該相差不多,因此這些數據明顯地顯示了地球上應該有更多的撞擊坑。

地球上已知的撞擊坑的形成時間從在約1000年前到20億年以前。不過二億年以前的撞擊坑很少找到,因為地質過程將大多數老的撞擊坑磨滅了。大多數已知的撞擊坑位於大陸內部比較穩定的地區。水面以下海底的撞擊坑很少被找到。首先因為水下勘探依然比較困難,其次因為海底的撞擊坑也比較容易被磨滅或者通過板塊運動潛沉到地球內部。

目前的估計是現在約每一百萬年在地球上會形成一至三個直徑超過20公里的撞擊坑。按照這個估計目前在地球表面還有許多沒有被發現的年輕的撞擊坑。

形成和結構[編輯]

撞擊坑形成過程,說明文字為西班牙文

在地球上撞擊坑形成的條件是一個物體以11.6km/s以上的速度從太空與地球相撞。在這個過程中這個物體的動能轉換為熱能,重的隕石釋放出來的能量可以達到相當於上千噸TNT爆炸所釋放出來的能量,這個能量級相當於核爆炸所釋放出來的能量。目前地震儀平均約每年紀錄到一次大於一千噸TNT能量的撞擊,這些撞擊一般發生在大洋中。

假如隕石的質量超過1000噸的話大氣層基本上對它沒有減速的作用。隕石表面的溫度和壓力會非常高。球粒隕石碳質球粒隕石在這種狀況下會在它們與地面撞擊以前就被破壞,但是鐵-鎳金屬隕石的結構足夠強,可以與地面撞擊造成巨大爆炸。

當隕石與地面相撞時它將當地的空氣、水和岩石壓縮為極熱的電漿體。這個電漿體向外快速擴張,並迅速冷卻。它與其它被投射的物件以軌道或近軌道速度被拋出。它們甚至可以完全脫離地球的引力,有些甚至可以在其它行星表面成為隕石墜落。沒有空氣的天體表面往往還可以看到從撞擊坑向外輻射的外拋物留下的痕迹。不過在此應該提到的是關於這些輻射線的產生原理還有其它、非撞擊的理論。

在電漿體內部非常高能的化學反應會發生,比如在地球上鹽水和空氣可以合成非常強的酸。電漿體內氣化的岩石會凝結成水滴形的似黑曜岩,這些似曜岩可以分布到撞擊點周圍很大的範圍里。但是也有人認為似曜岩不僅僅是撞擊產生的。比如世界上最大和最年輕的似曜岩區(位於澳大利亞周邊,約70萬年)就缺乏一個撞擊坑。假如這裡的似曜岩的確是由於撞擊所形成的,那麼這麼大的一個撞擊坑肯定不會在過去一百萬年中被磨滅。

海上撞擊所造成的危害比陸上撞擊的要大得多。大的隕石可以一直衝到海底,在海上造成巨大的海嘯。據計算希克蘇魯伯的撞擊造成了50至100米高的海嘯,在內陸數千米處形成了堆積。

不論是在陸上還是海上撞擊的結果總是一個撞擊坑。撞擊坑有兩種形式:「簡單」的和「複雜」的。巴林傑隕石坑是一個典型的簡單撞擊坑,它就是地面上的一個坑。簡單的撞擊坑直徑一般都小於四千米。

複雜的撞擊坑一般比較大,中央有一個中心山,周圍環繞著溝,還有一或多個邊。中心山是由於撞擊後地下的反射造成的。這樣的撞擊坑有點像凍結在地面上的滴入水池裡的水滴。

土衛一上的大撞擊坑

不論是簡單的還是複雜的撞擊坑其大小決定於隕石的大小以及撞擊處的物質。比較鬆軟的物質所形成的撞擊坑比比較脆的物質所形成的撞擊坑要小。撞擊坑的大小和形狀隨時間變化。剛剛形成的撞擊坑由於散熱而收縮。在地球表面隨時間的延續風化以及其它地質過程將撞擊坑掩藏起來了。巴林傑隕石坑是地球上保存最好的撞擊坑之一,但是它只是在約五萬年前形成的。而6500萬年老的希克蘇魯伯撞擊坑雖然是地球上最大的撞擊坑之一,但是在地球表面上已經看不到它的痕迹了。

有些火山口看上去像撞擊坑,而大理石除可以通過撞擊形成外也可以通過其它過程形成。不爆炸性的火山口一般很容易與撞擊坑區分,因為它們形狀不規則,而且還有岩漿流和其它火山物質。只有金星上的撞擊坑也有融化的物質流淌。

撞擊坑最不同的標誌是岩石受到的衝擊變態如碎裂屑錐、熔化的岩石和晶體變形。比較困難的是至少在簡單的撞擊坑裡這些物質比較趨向於被深埋。但是在複雜的撞擊坑裡可以在中心上射的部分找到它們。

可以用來辨認撞擊坑的特徵有:

  • 撞擊坑底部有一層「大理石化」的岩石。
  • 碎裂屑錐,這是岩石上V形的凹坑,尤其在細粒的岩石上容易產生這樣的碎裂屑錐。不過一些學術論文報導說在火山噴射物中也有碎裂屑錐。
  • 高溫岩石比如溶化過得硬和焊在一起的沙塊、似曜岩以及溶化的岩石飛濺後形成的玻璃。不過有些學者懷疑似曜岩可以作為撞擊坑的特徵。在一些火山地帶也有似曜岩被發現,此外似曜岩一般比典型的撞擊岩石要干。撞擊後溶化的岩石類似火山岩,但是它們包含有沒有溶化的岩層的碎片,組成不尋常的、大面積的覆蓋面,它們的化學成分也比從地球深處噴出來的火山岩要複雜。此外它們往往含有在隕石中比較多的微量元素如鎳、鉑、銥、鈷等。
  • 礦物中的微壓力變形。這包括石英和長石中晶體破裂、高壓物質如金剛石的形成、衝擊石英的變形如重矽石斜矽石

除火山外地下核爆炸也會造成類似於撞擊坑的坑。事實上世界上坑最密集的地區是美國內華達測試基地

參見[編輯]