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希克苏鲁伯陨石坑

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雷达的探测呈现出直径180公里的希克苏鲁伯陨石坑边界。影像来源:NASA/JPL-Caltech

希克苏鲁伯陨石坑英语:Chicxulub crater),又译奇虚乐陨石坑契克苏勒伯陨石坑,是一个位在墨西哥犹加敦半岛的撞击陨石坑,埋藏在地表之下。这个陨石坑的名称,取自于陨石坑中心附近的城市希克苏鲁伯;希克苏鲁伯在马雅语意为“恶魔的尾巴”[1]。根据推测,陨石坑整体略呈椭圆形,平均直径约有180公里,是地球表面最大型的撞击地形之一。希克苏鲁伯陨石是全世界所有已知爆炸事件中规模排名第一的,规模相当于100万亿吨黄色炸药(1014TNT当量)。

在20世纪70年代晚期,地质学家Glen Penfield在犹加敦半岛从事石油探勘工作时,发现此陨石坑。目前已在该地区发现冲击石英重力异常玻璃陨石等地质证据,可证明希克苏鲁伯陨石坑是由撞击事件造成。从岩石的同位素研究得知,希克苏鲁伯陨石坑的年代约为6,500万年前,时当白垩纪古近纪交接时期。由于该陨石坑的规模与年代,希克苏鲁伯陨石坑常被认为是造成白垩纪-第三纪灭绝事件的成因,并造成恐龙等生物的灭绝;但也有科学家提出当时另有其他的灭绝因素[2]。近年来,另有多重撞击理论,认为当时有许多颗陨石在短时间内撞击地球,而希克苏鲁伯陨石坑仅是其中一颗。另有天文研究指出,这些陨石是在1亿6,000万年前分裂而成[3]。2010年3月5日,一个国际研究小组在《科学》杂志上发表研究报告,确认在6500万年前,一颗小行星撞击今天墨西哥境内的希克苏鲁伯地区是造成白垩纪-第三纪恐龙大灭绝的原因[4]

发现[编辑]

希克苏鲁伯陨石坑的重力异常

早在1951年,墨西哥石油公司就已在犹加敦半岛开凿数个钻井,曾经在约1.3公里深处,挖到相当厚的安山岩层。安山岩是由地球的内部地热形成,或是由撞击事件产生。在探勘时,这些安山岩只被认为是熔岩穹丘,但该地区很少火山地形[1]

在1978年,地质学家格伦·彭菲尔德(Glen Penfield)在墨西哥湾利用飞机进行地磁学调查,替墨西哥石油公司从事石油探勘工作[1][5]。格伦·彭菲尔德发现在犹加敦半岛外海的海床之下,有个直径达70公里的对称环状地形[1]。随后他调阅于1960年代制作的犹加敦半岛重力异常图,发现犹加敦半岛也有一个弧状地形,两者组成一个完整的圆形结构,直径达180公里宽,中心接近希克苏鲁伯。但由于与墨西哥石油公司的合约,格伦·彭菲尔德并没有公布他的发现[5]

虽然墨西哥石油公司无法让彭菲尔德公开明确的资讯,彭菲尔德以及他的上司Antonio Camargo还是于1981年的地质学年会发表了他们的研究成果[6]。由于大多数的与会者都另外参加了一场关于地球撞击事件的专题讨论会,使得当年的地质年会出席率不高,他们的成果也没有受到重大的瞩目[1]。格伦·彭菲尔德企图获得50年代的地质标本,但这些地质标本已经遗失。格伦·彭菲尔德企图回到探勘地点,但无所获,于是他放弃研究,继续替墨西哥石油公司探勘石油。

在1980年,路易斯·沃尔特·阿尔瓦雷茨、与儿子沃尔特·阿尔瓦雷茨弗兰克·阿萨罗(Frank Asaro)、海伦·米歇尔(Helen Michel)等人提出白垩纪第三纪的交接时期,曾有颗小行星撞击地球表面,造成白垩纪末期的大规模灭绝事件。在1981年,亚利桑那大学的研究生艾伦·希尔德布兰(Alan R. Hildebrand)与指导教师威廉·波昂顿(William V. Boynton)也提出小行星撞击地球理论,并认为撞击地点可能位在加勒比海地区[7]。希尔德布兰到海地进行K-T界线研究,在棕绿色黏土沉积物中找到了高含量的冲击石英,以及类似玻璃陨石的风化物质。[1]该地还发现由杂乱岩石构成的厚沉积层,可能是由撞击事件引起的大型海啸带来的岩块。[1]在加勒比海地区的K-T界线,还可发现许多类似的地层[1]。海地教授Florentine Morás认为这是海地的史前火山证据,但希尔德布兰认为这是附近曾发生撞击事件的证据[1]。在K-T界线发现许多玻璃陨石,只有撞击事件或核爆产生的高温会形成这种岩石[1]

在1990年,休士顿纪事报的记者Carlos Byars告知希尔德布兰,格伦·彭菲尔德可能在10几年前在犹加敦半岛发现撞击陨石坑[8]。希尔德布兰与格伦·彭菲尔德取得联系,另外研究了墨西哥石油公司于1951年时在另外两处钻井取得的样本,储放在纽奥良[1]。这些地质样本都显示著变质岩的特征。

在1996年,一组加州地区的研究团队,包含凯文·波普(Kevin O. Pope)、艾德里安娜·奥坎波(Adriana Ocampo)、以及Charles Duller,使用卫星影像展开研究。他们发现环状地形上分布著陷洞构造,这些下陷的洞或天然井被认为是撞击坑边缘的滑动与崩塌所造成的[9]。还有一些研究宣称该撞击构造另有一个大坑,直径300公里;多数人研究的坑体只是小的内坑[10]

撞击事件[编辑]

撞击过程的动画 - 亚利桑那大学Space Imagery Center制作

造成陨石坑的撞击物体,直径推测至少有10公里,撞击后完全蒸发,释出高达4.2×1023焦耳的能量,相当于100万亿吨黄色炸药(1014TNT当量[11][12]。人类历史中最强的人造爆炸物是沙皇氢弹,爆炸威力只相当于5,000万吨黄色炸药[13];而希克苏鲁伯撞击事件的能量是沙皇氢弹的200万倍[13]。科学家估计科罗拉多州拉加里塔火山口火山喷发是地质历史中规模最大的火山爆发,那次喷发释放出1.0×1021焦耳(约2.4×1011TNT当量)的能量,也远小于希克苏鲁伯撞击事件[14]

效应[编辑]

希克苏鲁伯撞击事件会引发大规模海啸,并使大量高热灰尘进入大气层,而撞击地点会在数秒内被撞击后再度落下的喷出物覆盖[1]。撞击体的碎片与再度落下的喷出物,会造成全球性的火风暴。而极大的撞击波可能引发各地的地震火山爆发[15]。撞击事件会造成大量的灰尘进入大气层,长时期遮辟阳光,妨碍植物进行光合作用,而在食物链上层的草食性动物、肉食性动物也跟着灭亡,造成生态系统的瓦解。撞击事件也可能造成大量的二氧化碳进入大气层中,形成明显的温室效应[7][16][17]

该撞击很可能引起了地球自转和公转特征的改变,例如日地距离的变化,导致太阳光照强度下降,也引起了印度的火山长时间的活跃的喷发。总之多种因素,导致气候变得更加寒冷干燥温差增大等,植物光合作用下降,不利于生物的生存。2008年2月,德州大学的Sean Gulick等人利用地震学资料,提出该陨石撞击到的水域,比往常所认定的更深。他们提出这将造成更多的硫酸气溶胶,严重影响气候,造成更多酸雨[18]

地质学与形态学[编辑]

在1991年,希尔德布兰与Penfield等人研究希克苏鲁伯陨石坑的地质特征与构成[7]。希克苏鲁伯陨石坑覆盖在地底下方1,000公尺处,上方覆盖者泥灰石灰岩,这些地层最早自古新世形成[7]。希克苏鲁伯陨石坑的下方则是厚达500公尺的安山岩角砾岩,在撞击地点经常发现这些火成岩;还发现常在撞击地点发现的大量长石辉石[19],以及冲击石英[7]K-T界线位在地底下600公尺到1,100公尺之间;而陨石坑外5公里处的K-T界线,位于地底下约500公尺处[7]。陨石坑周围的天然井,显示该陨石坑撞击后形成海盆,存在于第三纪时期[7]。这个地下水层会溶解石灰岩层,形成洞穴与天然井[20]。研究人也在海地发现似玻璃陨石证据。

起源[编辑]

在2007年9月,《自然》的一篇研究提出希克苏鲁伯陨石坑的起源[16]美国科罗拉多州美国西南研究院的研究人员威廉·波特克(William Bottke)与捷克籍科学家David Vokrouhlický、David Nesvorný,利用电脑计算出希克苏鲁伯撞击事件的可能肇事者。根据他们的模拟计算结果,该陨石坑有90%的可能性是由一个名为巴普提斯蒂娜(298 Baptistina)的小行星所造成的,该小行星直径接近160公里,目前运行于火星木星之间;根据推论,在1亿6,000万年前,巴普提斯蒂娜小行星被一颗直径约55公里的未命名小行星撞击后粉碎,主要的碎片形成巴普提斯蒂娜族Baptistina family)小行星带,而某些碎片则闯入地球的公转轨道,其中一颗直径10公里的碎片,在6,500万年前撞击了墨西哥犹加敦半岛,形成希克苏鲁伯陨石坑。希克苏鲁伯陨石坑的地质证据显示高含量的,显示是由碳质球粒陨石撞击而成,巴普提斯蒂娜族小行星带就属于碳质球粒陨石[3][21]

灭绝事件[编辑]

加州大学柏克莱分校物理学家路易斯·沃尔特·阿尔瓦雷茨、与地质学家沃尔特·阿尔瓦雷茨等人提出恐龙等动物与植物是因撞击事件而灭亡。根据他们的推测,该次灭绝事件与希克苏鲁伯撞击事件的发生时期相近,可能是因这个撞击事件导致而成[1]。他们的理论目前被科学家广泛地接受。但某些科学家提出异议,例如古动物学家罗伯特·巴克,提出这个规模的灭绝事件应该也会使青蛙灭亡,但它们存活下来了[22]普林斯顿大学的Gerta Keller根据希克苏鲁伯的岩芯样本,提出希克苏鲁伯撞击事件发生于灭绝事件之前30万年,因此不是灭绝事件的主因[23]

除了陨石坑以外,撞击事件的证据还有全球各地的K-T界线的薄黏土层。在70年代晚期,阿尔瓦雷茨等人提出该黏土层有高含量的[24]。铱含量高达6ppb,而地壳的铱含量仅0.4ppb[25]而陨石的铱含量达470ppb[26]。陨石撞击造成的灰尘云在全球沉降后,便形成铱含量极高的黏土地层[27]

多重撞击理论[编辑]

近年来,在北纬20度至70度之间的地区内,发现了更多与希克苏鲁伯陨石坑同年代的撞击坑。例如:英国北海外海的银坑陨石坑[28]乌克兰波泰士陨石坑[23],这些陨石坑的规模较小,有可能是由数公吨重的物体撞击所造成[29]。这些发现促成了此一假设:希克苏鲁伯陨石坑发生时期的白垩纪-第三纪灭绝事件,可能系由一连串陨石撞击而造成[30]。同一时期的疑似撞击事件还有在印度洋发现的湿婆陨石坑;但此坑状构造的成因还有许多争论[31]

1994年,苏梅克-列维9号彗星撞击木星的事件,证明彗星会受行星潮汐力影响,而在撞击前会分裂成数块,而这些碎块会在短时间内连续撞击行星。苏梅克-列维9号彗星因为木星的重力扯碎,而太阳系过去极可能发生过类似的事件[32]。在6500万年前,地球附近可能也曾发生同样的事[30]

但在2006年晚期,明尼苏达大学的地质学家Ken MacLeod所完成的地质分析,却支持单一撞击理论。他研究了距离希克苏鲁伯陨石坑4,500公里的海底土壤与沉积物组成,而分析的结果显示地层中仅有一层撞击沉积物;在远达4,500公里的距离仍未发现其他撞击造成的沉积物,表示同时期应该只有发生过一次撞击事件[33]。然而,提出多重撞击理论的Gerta Keller认为这个研究结果过于主观、夸大[34]

相关条目[编辑]

参考资料[编辑]

脚注[编辑]

  1. ^ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 1.12 Bates, Robin (series producer), Chesmar, Terri and Baniewicz, Rich (associate producers). The Dinosaurs! Episode 4: "Death of the Dinosaur" (TV-series). PBS Video, WHYY-TV. 1992. 
    [Bakker, Robert T. Interview: The Dinosaurs: Death of the Dinosaur. 1990, WHYY-TV.
    Hildebrand, Alan. Interview: The Dinosaurs: Death of the Dinosaur. 1992, WHYY-TV.
    Milosh, Gene. Interview: The Dinosaurs: Death of the Dinosaur. 1992, (1990): WHYY-TV.
    Moras, Florentine. Interview: The Dinosaurs: Death of the Dinosaur. 1992, (filmed 1990): WHYY-TV.
    Penfield, Glen. Interview: The Dinosaurs: Death of the Dinosaur. 1992, WHYY-TV.
  2. ^ Bakker interview. "Does the [impact theory] explain the extinction of the dinosaurs? There are problems..."
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文献[编辑]

外部链接[编辑]

希克苏鲁伯陨石坑所在地的卫星影像(来自Google Maps)

白垩纪-第三纪灭绝事件
疑似K-T事件的陨石坑
波泰士陨石坑 希克苏鲁伯陨石坑
湿婆陨石坑 银坑陨石坑