撞击坑(impact crater)

又称为陨石坑(meteorite crater)

是行星、卫星、小行星

或其它天体表面

通过陨石撞击而形成的

环形凹坑或环状地质构造

根据加拿大新不伦瑞克大学(University of New Brunswick)吴燕雯行星与空间科学中心(PASSC)运营维护的《地球撞击数据库》(Earth Impact Database)显示,目前地球上有190个得到确认的撞击坑(太多了!笔者以后有时间会慢慢进行介绍)!

世界上已确认的撞击坑分布示意图

在此,不得不提的是,位于辽宁省鞍山市岫岩满族自治县苏子沟镇丘陵山区中的“岫岩陨石坑”是中国唯一一个获得国际科学界认可的陨石坑!

岫岩陨石坑航拍图(图片来自网络)

岫岩陨石坑航拍图(图片来自PhotoFons论坛网友“万里雪飘”)

提到岫岩陨石坑,就不得不提到中国科学院广州地球化学研究所的陈鸣研究员。2009年11月,陈鸣和他的研究小组在岫岩县一个叫“罗圈沟里”的环状地质构造中发现了大量超高压矿物柯石英,为该坑的撞击起源提供了确凿证据。2010年7月,国际地球科学权威学术期刊《地球与行星科学通报》(Earth and Planetary ScienceLetters)发表了陈鸣研究员等人有关岫岩陨石坑中柯石英发现的论文,标志着中国境内首个被严格科学证实的陨石坑获得了国际科学界的肯定

打住!今天咱们不分散注意力,

笔者今天要介绍的是陨石坑中的“战斗机”,

一个牛(da)皮(ming)哄(ding)哄(ding)

陨石坑!▼▼▼

上面的视频看完了吧?再来看看几张照片:

陨石坑空中俯瞰图

陨石坑空中俯瞰图

从飞机上航拍陨石坑


从卫星上航拍陨石坑


从地面看陨石坑(由中科院地质地球所胡森博士提供)

从坑缘看陨石坑

从不同角度看陨石坑

看完了,您可能会问:它牛在哪里?

我简单归纳成如下三点:

一、它是地球上第一个被确认为陨石撞击起源的撞击坑!

二、它被誉为“地球上保存完好、视觉感官最为漂亮的”陨石坑!

三、它为61年前(1956年)精确计算出地球年龄提供了陨石样品!

一个陨石坑有这三大特点,您说它牛不牛?牛不牛?!

对了!我还没告诉大家它的名字和特点吧?那先让大家简单认识一下:

现官方用名:陨石坑(Meteor Crater)

绰号:巴林杰陨石坑(Barringer Crater)

曾用名:迪亚布洛峡谷陨石坑(Canyon Diablo Crater)

更早的名字:科恩山(Coon Butte或者Coon Mountain,19世纪的叫法)

形成时间:约5万年前(或49000年)

撞击者尺寸和性质:直径50m的镍-铁陨石,估计质量约30万吨

撞击速度:每秒12.8km

坐标:35138N,111121W

海拔高度:1740m

坑的尺寸:直径大约1200m(精确值为1186m),深约170m,坑的四周是一个环形边缘(比周边的平僵约之全能兑换系统,suite703,南园遗爱地要高出约45m);撞击坑的中心充填着厚约210-240m的碎石瓦砾,其位于撞击坑的基岩之上。

有趣的形态特征:撞击坑显示出方形轮廓(据信是受撞击地点地层中存在的区域断裂所控制)。

地质特征:撞击导致了一个倒转的地层层序,因此堆积在陨石坑边缘的地层相对于正常情况下是一个相反的序列(即老地层在上边而新地层在下面)。

地理位置:美国亚利桑那州科科尼诺县(Coconino County)境内,弗拉格斯塔夫镇(Flagstaff)东部约60km(37英里)、温斯洛镇(Winslow)西部约29km(18英里)。

周边环境:美国亚利桑那州北部的荒漠地区(科罗拉多高原的南侧)。

所获身份:美国国家自然地标(National Natural Landmark,1967年授予)。

所属性质:私人所有,这个陨石坑是由巴林杰家族通过巴林杰陨石坑公司(Barringer Crater Company)而私人拥有的。尽管它在地质上具有非常重要的意义,但这个陨石坑并没有被当作国家历史文物加以保护,因为它不具有联邦所有的综穿桃花结属性。

陨石坑(巴林杰陨石坑),

直径:1186m;深度:170m;

边缘高度:45m;撞击者的直径:50m;年龄:50000年;铁质陨石;

地理位置:亚利桑那州科科尼诺县;

坐标:35138N,111121W

陨石坑的名字有好几个?

首先来看看为什么这个撞击坑的官方名字叫做“Meteor Crater”(“陨石坑”,是不是有点儿拗口?我也觉得有点儿!如果用中文来介绍,这个坑要翻译为“陨石坑”陨石坑,太绕了!)。

美国地理命名委员会(the United States Board on Geographic Names)通常以一个自然特征(比如这个撞击坑)附近最近的邮局名称来命名。1906年,西奥多罗斯福总统(Theodore Roosevelt)批准在这个坑不远处新成立一个邮局,而这个邮局的名字就叫“陨石”(Meteor, Arizona),所以这个撞击坑就顺理成章地被命名为“Meteor Crater”(“陨石坑”)了。在此之前,这个坑附近最近的一个邮局是48km以外的温斯洛邮局(Winslow,Arizona)。

至于这个陨石坑除了“真名”以外,还有一个更加响当当的名字叫做“巴林杰陨石坑”,那完全要归功于一个人,即丹尼尔巴林杰(Daniel Barringer)。因为他是第一个发表论文确认这个坑是由陨石撞击而成的人(这个故事我们后面会慢慢道来)!科学家们为了纪念他的贡献而将之称为“巴林杰陨石坑”(Barringer Crater)。在早期的文献或者科普文章中多称此坑为“巴林杰陨石坑”。因此,如果您从网上查找资料,搜索出“巴林杰陨石坑”的可能性更大。

丹尼尔巴林杰(Daniel Barringer)

再说说这个坑的“曾用名”——迪亚布洛峡谷陨石坑(Canyon Diablo Crater):在19世纪美国当地居民发现这个坑之后,逐渐吸引了科学家的注意。这个坑最初被称为“迪亚布洛峡谷坑”(Canyon Diablo crater),其名字来自于亚利桑那州的迪亚布洛峡谷(Canyon Diablo),它是19世纪晚期最靠近这个坑的人类聚居地,位于这个坑西北19km的地方(但现在已经是一个繁华不在的废城了)。

当年横跨迪亚布洛峡谷(Canyon Diablo)的铁路桥及上面的火车

这个坑最初曾被认为是火山活动的产物,而且这还并不是dooge一个毫无理由的推测,因为圣弗朗西斯科火山区(San Francisco volcanic field)就位于该坑西部64km处。好在后来的工作证实了这个坑跟火山没有关系,而跟陨石撞击有关。

圣弗朗西斯科火山区(San Francisco volcanic field)

距离Flagstaff镇不远

因此距离林诗雅陨石坑也不远

在19世纪(1800s),这个地方还被称为科恩山(Coon Butte或者Coon Mountain)。

通过上面的介绍,我想大家应该知道这个坑几个名字的由来了吧!简单归纳一下就是:

科恩山(Coon Butte或者Coon Mountain,最早期的名字)=“迪亚布洛峡谷陨石坑”(Canyon Diablo crater,冬冬食品加盟早期曾经用过的名字)=“巴林杰陨石坑”(Barringer Crater,科学家们最喜欢用的名字)=“陨石坑”(“Meteor Crater”,现在的官方正式名字)

该陨石坑是如何形成的?

据目前的研究表明,这个撞击坑是大约5万年前形成的,那个时候科罗拉多高原的气候要比现在寒冷和潮湿一些。当时该片区域是一个开阔的草地,点缀着一些林地,里面居住着长毛象和树懒。

已有的研究表明,产生这么大一个撞击坑的冲击体是一个直径约50m的镍-铁陨石。冲击的速度曾经是一个颇有争议的问题。最初的模拟认为陨石坠落的速度高达每秒20km,但是最近的研究表明冲击的速度要慢得多,只有每秒12.8km。

据信冲击体在下坠过程中,大约一半的体积都被汽化掉了。冲击能量曾经估计约为一千万吨。由于陨石在撞击之前基本上都汽化掉了,所以在撞击坑里几乎没留下什么遗迹。

自从撞击坑形成以后,四周的边缘环因为自然侵蚀的原因已经从边缘顶端剥蚀掉了15-20m。类似的,撞击坑的底部也因为湖相沉积和冲积沉积等因素沉积了30m厚的碰撞后沉积物。这些侵蚀过程就是地球上很少有外形保持完好的撞击坑的原因,因为很多撞击坑都因为地质过程而被侵蚀掉了。

由于相对年轻的形成年龄,再加上亚利桑那沙漠地区的干燥气候,侵蚀作用不是那么强,才让这个撞击坑非常幸运地基本保持了撞击坑的形态原貌,得以让这个陨石坑成为第一个官方认可的天体撞击陨石坑。

与该陨石坑有关的故事

20世纪60-70年代,美国国家航空航天局(NASA)为了准备登陆月球的阿波罗计划,在这个陨石坑进行宇航员模拟专项训练,因为它与月球表面上的环形山是如此相像。如今在这里有一个真实的阿波罗测试舱供游客参观,以表达对阿波罗登月宇航员们的敬意

坑底部还有一些采矿时的遗迹,小图中显示的美国宇航员和美国国旗

1964年8月8日,塞斯纳飞机公司的一架飞机(型号Cessna 150)的一对商业飞行员低空掠过陨石坑,在穿越坑缘时,他们没法保持水平飞行。飞行员试图绕着陨石坑环形飞行爬过坑缘,但可惜没有成功,飞机突然失速、碰撞并着火。通常报道中都说飞机是没有油了,但这是不对的。两个飞行员都受重伤但幸免于难。在撞机地点还有一小部分未被挖出的飞机残骸可以看见。

1984年,美国科幻电影《外星恋》(Starman)中,主演杰夫布里吉斯(Jeff Bridges)、凯伦阿兰(Karen Allen)和查尔斯马丁史密斯(Charles Martin Smith)饰演的主角们横跨全国的终极目标就是这个陨石坑。影片中杰夫布里奇斯饰演一名纯真的外星人,他的宇宙飞船被地救人击落,掉在威斯康辛州的荒野。他负伤来到新近丧偶的寡妇(凯伦阿兰饰演)的家中,并且借用她丈夫的身体来延续生命。在学习地球人的生活方式过程中,他跟寡妇发生了感情。外星人的救援队将在三天后到达亚利桑那州接他回外层空间,他需要寡妇开车送他到那里。地球上的两位政府官员也接获讯息,他们决定不管生死都要捉住外星人,因而引发了一场精彩的拉锯战。

科幻电影《外星恋》(Starman)海报

2006年,一个名为METCRAX的研究项目(METeor CRAter eXperiment,“陨石坑实验”三个单词的部分大写字母的组合)观测了“坑盆温度倒转或冷空气池的每日建立和崩溃,以及解释它们的演化结构和形貌的相应的物理和动力过程”。

发现历史

如果要追溯谁是最早发现这个陨石坑的人,那么现在居住在美国西南部美洲土著的祖先们应该是第一拨抵达陨石坑的人,因为在坑缘还可以发现他们遗留的史前古器物。

1871年,一个从事西部领土探险的美国陆军侦察兵是第一个报告发现了大坑的人。

1886年,一个西班牙牧羊人Mathias Armijo,在迪亚布洛峡谷附近的大坑西部发现了一个不寻常的岩石并认为它是银。宾夕法尼亚大学的化学家发现Armijo找到的岩石含有92%的铁、7%的镍以及其他微量元素,与许多陨石的化学组成一样。

1891年,来自费城的化学家和矿物学家艾伯特富特博士(Albert E. Foote)是访问这个大坑的第一个科学家。富特走时带了超过100个陨石样品回去进行研究,其中一些样品包含微量的金刚石,揭示了它们的形成遭受到了超高压作用。富特对样品的分析结果吸引了美国地质勘查局的首席地质学家吉尔伯特博士(G.K. Gilbert)去调查这个大坑,但不幸的是,在当时的环境下由于缺乏陨石坑产生机制的知识并且没有发现磁异常,导致吉尔伯特得出的结论是:这个坑是由地下火山蒸汽爆炸形成的。由于当时吉尔伯特是一名非常受尊敬的科学家,因此他的结论没有受到质疑,从而导致真正的原因和意义被耽误了近十年。

1902年,美国森林管理局(U.S. Forestry Service)的霍辛格(S.F. Holsinger)告诉他的朋友丹尼尔巴林杰(Daniel Moreau Barringer)关于那个坑和在那儿找到的铁碎片。巴林杰怀疑那个坑是陨石撞击形成的,并且相信价值不菲的铁和镍矿就躺在坑的下面等待着去挖掘。因为那片区域的土地最开始是属于美国政府所有并据说是没有什么用途的,于是巴林杰就做了一个采矿申请,使得他拥有了包括陨石坑在内的2平方英里的土地。巴林杰、霍辛格和合作者本杰明蒂尔曼一起组建了标准铁矿公司去开矿。限于那个时代对于行星撞击的知识有限,巴林杰寻找陨石铁矿的想法最终以失败告终,但他却是第一个发表论文提出这个坑是陨石撞击形成的人。

1960年,尤金苏梅克(Eugene Shoemaker)及其同事美籍华裔地质学家赵景德(英文名字Edward Ching-Te Chao,他最为人知的贡献就是在自然界中发现了两个高压矿物柯石英和斯石英)在坑中找到冲击变质形成的柯石英,正式确认了这个坑的撞击成因。

重要人物

梳理以上这个过程,我们会发现,在这个陨石撞击坑的发现史中,有四个不得不提的人物:(一)艾伯特富特(Albert E. Foote);(二)格罗夫卡尔吉尔伯特(Grove Karl Gilbert);(三)丹尼尔巴林杰(Daniel Barringer);(四)尤金苏梅克(Eugene Shoemaker)。让我们逐一来认识一下,并看看他们的贡献。

Albert E. Foote【艾伯特富特】美 国 矿 物 学 家

1891年,艾伯特富特(Albert E. Foote)发表了第一篇关于亚利桑那北部陨石的科学论文。

在这之前的几年中,富特从一个铁路系统主管那里接收到一块铁质岩石进行分析。富特很快就意识到这块岩石是一块陨石,并且组织了一次搜寻和提取其他陨石样本的探险之旅。探险队伍收集的样品从小的碎片到超过600磅的都有,富特在陨石中确认出几个矿物(包括金刚石,尽管几乎没有商业价值)。

他提交给美国科学促进会的论文向科学共同体提供了第一篇描述撞击坑的地质论文。所以,这个陨石坑至少在1891年就被发现并有正式的文字记录了。

Grove Karl Gilbert【格罗夫卡尔吉尔伯特】美 国 地 质 勘 查 局 的 首 席 地 质 学 家

Grove Karl Gilbert

出生于纽约州罗切斯特市(Rochester, New York),毕业于罗切斯特大学。在1879年美国地质勘查局(U.S. Geological Survey)成立后,他获得该机构一个高级地质学家的职位,然后就一直在此工作直至去世。他是美国地质学会历史上唯一两次当选为主席的地质学家(1892年和1909年)。他也是行星科学的先驱之一,月球和火星上都有陨石坑以他的名字命名,美国地质学会还在1983年设立了G.K. Gilbert奖以表彰对行星地质研究做出贡献的科学家。

撞击成因的「反对者」

尽管吉尔伯特有非常高的学术地位,但对于亚利桑那州的这个陨石坑的起源来说,他却是一个撞击成因的反对者。

1891年11月,作为美国地质勘查局的首席地质学家,吉尔伯特调查了亚利桑那州的这个坑(当时叫Coon Butte),并且认为它是火山蒸汽爆炸的产物(类似我们现在熟知的玛珥式火山喷发)。吉尔伯特曾经假设如果这是一个陨石坑,那么陨石坑中原来物质以及撞击的陨石物体应该在坑的边缘出现。他还推测陨石的绝大部分应该被埋藏在坑内,而这势必会导致一个巨大的磁异常。

但是吉尔伯特的计算显示坑的体积和坑边缘的碎屑物质大致是相等的,因此如果是陨石撞击,那么推测的冲击物质的质量就会无缘无故丢失;另外,测量结果也显示磁异常并不存在。这是基于这两点,吉尔伯特坚信这个坑不是陨石撞击形成的。至于在这个坑的坑缘周围发现的一些陨石碎片,吉尔伯特辩称仅仅是一种巧合。1895年他将自己的结论发表在一系列文献中。

尽管吉尔伯特不赞同亚利桑州的这个坑是撞击产生的,但因为他对坑的起源研究很感兴趣,于是他对月球上的坑也进行了研究并且认为月球上的坑是由于撞击作用而不是火山作用形成,成为第一拨认为月球上的坑是撞击起源的人。

Daniel Barringer【丹尼尔巴林杰】第 一 个 证 明 了 地 球 上 存 在 陨 石 撞 击 坑 的 人

Daniel Barringer

生于1860年5月25日,卒于1929年11月30日,1882年毕业于宾夕法尼亚大学法律学院。随后,他又分别在哈佛大学和弗吉尼亚大学研究地质学和矿物学。

路转粉,与陨石结下不解之缘

1879年,19岁的丹尼尔巴林杰(Daniel Barringer)从普林斯顿大学毕业。1882年毕业于宾夕法尼亚大学法律学院。随后,他又分别在哈佛大学和弗吉尼亚大学研究地质学和矿物学。

作为一个地质学家,他最为人知的成就是世界上第一个证明了地球上存在陨石撞击坑的人,即亚利桑那州的这个陨石坑。为了纪念他的贡献,这个坑也被科学家们命名为“巴林杰陨石坑”,尽管这个名字主要是在科学共同体中使用。在月球的背面有一个小的月球陨石坑也以“Daniel Barringer”命名。

1892年,他和他的朋友理查德彭罗斯(Richard A. F. Penrose, Jr.)以及其他人一起,收购了亚利桑那州Cochise附近的一个金银矿,随后,巴林杰又在亚利桑那州Pearce发现了邦联银矿(the Commonwealth Silver Mine)。这些矿产开发投资活动使他成为了一个非常富裕的人。

1902年,巴林杰听他的朋友,美国森林管理局的霍辛格(S.F. Holsinger)说到在亚利桑那州弗拉格斯塔夫(Flagstaff)东部35英里的地方存在一个巨大的坑,这个坑位于当时叫科恩山(Coon Mountain)的地方。而且他也知道这个坑以前(1891年)被地质学家格罗夫卡尔吉尔伯特(Grove Karl Gilbert)研究过。如前所述,吉尔伯特推测这个坑的成因必定来自两个可能:一是气体爆炸,二是陨石撞击。尽管在坑的周围有上千个小的陨石颗粒清楚可见,但是,在坑里进行了一些实验后,吉尔伯特的结论是这个坑不可能来自天体撞击,而只能是来自爆炸!

巴林杰听说有一个巨大的坑和陨石铁存在,他从一开始就推测这个坑是陨石撞击起源的。出于科学和金钱上的双重目的,巴林杰和霍辛格(S.F. Holsinger)以及合作者本杰明蒂尔曼(Benjamin C. Tilghman)一起创立了“标准铁矿公司”(Standard Iron Company),其目标就是开采坑中的铁,因为他推测在坑的表面之下必然埋藏着尚未发现的陨石铁。于是,标准铁矿公司向这块土地提出开矿申请权并于1903年获得了西奥多罗斯福总统(Theodore Roosevelt)签署的公有土地持有证书,面积是以这个坑为中心的四周约640英亩(2.6km2)土地。1906年,罗斯福总统批准成立一个新邮局,其名字就是陨石邮局(Meteor, Arizona)。

在最开始的勘探过程中,霍辛格发现了最大的一块陨石,一块重达1406磅的铁陨石(现在以他的名字命名并陈列在陨石坑边缘的游客中心)。但不幸的是,1903-19双程之曲径05年,标准铁矿公司在坑内和周围进行了大量的钻探,但是一无所获,最终得出的结论是:这个大坑的确是由一次猛烈的撞击形成的,但是不可能发现原始的陨石了。

重达1406磅的铁陨石(Holsinger陨石)陈列在游客中心

1906年,巴林杰和他的合作者,数学家和物理学家本杰明蒂尔曼(Benjamin C. Tilghman),将支持撞击理论的证据记录参战荣誉金最新消息在论文中,并将这支持撞击成因的第一篇论文向美国地质勘查局(U.S. Geological Survey)投稿,以“科恩山及其撞击坑”(Coon Mountain and its Crater)为题目发表在《费城自然科学院院刊》上(D.M. Barringer. 1906. Coon Mountain and its Crater. Proceeding of Natural Sciences of Philadelphia, 57: 861-886)。

巴林杰发表的第一篇论文证明撞击坑的存在

巴林杰的看法在当时也面临着不小的质疑声,因为那个时候的地质学界还不太能接受考虑陨石等地外物质在大陆地质演化中的重要作用。他坚持着他的理论并且需要通过定位陨石的遗迹来支持他的理论。

在发现这个陨石坑的时候,周围的平原上散落着大约30吨重的大的、氧化的铁陨石碎块。这个现象让巴林杰相信撞击体的其他部分应该可以在坑底的下面找到。那个时候撞击物理学还没有被人们很好地理解,巴林杰泥中莲也意识不到陨石的绝大部分在冲击过程中已经汽化掉了。

巴林杰在1894年就是价值一千五百万美元邦联银矿(the Commonwealth silver mine,位于亚利桑那州Coshise县的Pearce)的投资者之一,他雄心勃勃想找到陨石铁矿。他曾经根据陨石坑的大小估计陨石的质量约有一亿吨(而现在对冲击体质量的估计是30万吨,只有巴林杰估计的千分之三!)。在那个时候,陨石坑中的铁矿类型价值是每吨125美元,因此巴林杰相信他所寻找的铁矿价值要超过10亿美元。

他花了差不多27年的时间试图将陨石铁的位置圈定出来,在地表留下很多的钻孔,钻探深度达到419m,但很遗憾,没有发现任何有意义的陨石铁沉积。对这个陨石坑的采矿工作一直到1929年才停止,自始至终都没有发现巴林杰曾经以为李伟涛隐藏着的千万吨级陨石!

那一年,美国天文学家福雷斯特雷莫尔顿(Forest Ray Moulton)进行了陨石撞击能量的计算,结论是当陨石着地的时候,这颗陨石很可能几乎都已经汽化掉了。此时,巴林杰已经在这个坑上花费了超过60万美元,几乎让他破产了,但却没有见到一丁点儿回报。巴林杰在1929年11月30日死于心脏病,而且是在读到非常具有说服力的证据表明不可能发现铁了之后不久时间。

他的妻子以及8个孩子及其后代,组建了巴林杰撞击坑公司(Barringer Crater Company),至今还拥有这块地方。如今的陨石坑是一个引人入胜的旅游景点,买票就能进入参观(成人门票是18美元一个人)。每年有来自美国和全世界超过20万游客会来参观陨石坑,成为美国西南部最受国际游客青睐的旅游地点之一。

位于陨石坑北部边缘的地方建有游客中心,里面有一些互动的展览显示陨石、小行星、太空、太阳系和彗星。还建有美国宇航员名人墙,阿波罗命令模块样板(BP-29),一个1406磅的陨石(以霍辛格名字命名的Holsinger陨石)等。游客中心还包括一个电影剧场,一个纪念品商店及观光区(可以清楚地看见陨石坑的内部边缘)。

在他去世之前,巴林杰已经说服了绝大多数科学共同体,他的天体撞击理论是正确的。到20世纪50年代,行星科学越来越成熟,对撞击过程的理解也越来越深刻。这个理论也因为新的证据而进一步被证实,特别是20世纪60年代尤金苏梅克(Eugene Shoemaker)的杰出工作成果。

Eugene Shoemaker【尤金苏梅克】美 国 地 质 学 家 和 行 星 科 学 领 域 的 奠 基 人 之 一

Eugene Shoemaker

生于1928年4月28日,卒于1997年7月18日。他是苏梅克-列维九号彗星Comet Shoemaker-Levy 9的共同发现者之一。他也是第一个真正证实巴林杰关于陨石撞击成坑假说的科学家。

唯一葬在地球外天体中的地球人

1960年,苏梅克为了他在普林斯顿大学的博士学位而对巴林杰陨石坑的撞击动力机制进行了研究。他取得的最重要、最关键的发现是和美籍华裔地质学家赵景德一起相继在nachovidal陨石坑中找到了柯石英(coesite,1960年发表在国际顶级科学期刊Science上,赵景德是第一作者)和斯石英(stishovite,1962年发表在国际地学知名权威刊物Journal of Geophysical Research上,赵景德是第一作者)。这些冲击成因石英矿物只有在含石英的岩石被瞬间超高压冲击过程中才能出现,它不可能由火山作用产生。目前唯一已知的可以天然产生这些矿物的机制就是冲击事件,或者是通过人为的核爆炸。

苏梅克很敏感地意识到这一点,因为他曾经研究过内华达沙漠核爆试验后形成的冲击矿物形式。因此,当类似的矿物在巴林杰陨石坑中被发现后,他确信类似的突然的冲击压缩是坑形成的原因,从而非常有效地排除了当时的主流观点,即这个坑是相对而言不那么突然的火山喷发的结果。

苏梅克对巴林杰陨石坑的研究工作被认为是第一个确定的地外天体对地球表面进行撞击的证据。从此以后,在全世界范围内确定出了大量的陨石撞击坑。他自己也在随后的年月中花费了大量的时间去全世界寻找和发现以前未被关注或发现的撞击坑。很不幸的是,1997年7月18日,在一次类似的探险过程中,他因车祸死在澳大利亚爱丽丝温泉附近。

1999年7月31日,他的部分骨灰被装在由行星科学家卡罗琳波尔科(Carolyn Porco)设计的容器中,并由月球勘探者(Lunar Prospector)运送到月球,他是至今唯一葬在地球以外天体中的地球人。在装载他骨灰的容器表面,就刻着海尔-波普(Hale-Bopp)彗星(苏梅克夫妇共同观测的最后一个彗星)和巴林杰陨石坑的图像。

亚利桑那州的这个陨石坑(Meteor Crater),因为它的巨大尺寸、年轻的年龄和缺乏植被覆盖,仍然是视觉效果最为深刻的一个,被称为世界上“保存最好、最漂亮的撞击坑”。

陨石坑的航拍图

世界上第一个精确计算出地球真实年龄的人是美国著名的地球化学家克莱尔卡梅伦帕暴君求欢特森(Clair Cameron Patterson,1922年6月2日—1995年12月5日)。他于1956年发表在国际著名的地球化学研究领域权威期刊《地球化学与宇宙化学学报》(Geochimica et Cosmochimica Acta)上的论文,通过测量包括迪亚布洛峡谷陨石(Canyon Diablo meteorite)在内的5个陨石样品中的铅同位素比率,给出的地球年龄为45.5亿年(455070Ma)。60余年了,这一大秦逍遥王数据几乎没有什么太大的改变(目前广为人挑拣的拼音知的地球年龄为45.67亿年)。

这一伟大的奠基性论文,也让位于亚利桑那州的迪亚布洛峡谷陨石(Canyon Diablo meteorites)蜚声国际。

我们现在已经知道,撞击产生巴林杰陨石坑的小行星,在坑的环状边缘周围散落了许多陨石碎片,它们早些时候被统称为迪亚布洛峡谷陨石(Canyon Diablo Meteorites),其名字来自于附近的迪亚布洛峡谷(Canyon Diablo,网上也有人翻译为“恶魔谷”),这个峡谷位于陨石坑的西部3-4英里。

Canyon Diablo铁陨石碎片(IAB),

2641克,表面有彩色的天然沙漠漆

组分包括Ni 7.1%、Co 0.46%、P 0.26%、C 1%、S 1%、Ga 80ppm、Ge 320ppm、Ir 1.9ppm,岳母与女婿

产地:美国亚利桑那州科科尼诺县(Coconino County),

坐标:3503′N,11002′W,

降落时间:49000年前,

发现时间:1891年。

陨石坑的左边蜿蜒着迪亚布洛峡谷(Canyon Diablo)

如前所述,这颗小行星在大约50000年前坠落,自19世纪中叶开始,这些陨石就被发现并且收集,并被史前的土著美洲人知晓并使用。自19世纪末到20世纪中期,巴林杰陨石坑的成因就是长期的争论中心。直到20世纪50年代,由于尤金苏梅克(EugeneShoemaker)对它的研究,争论才平息下来。

迪亚布洛峡谷陨石的成分和分类有什么特点:

该陨石为八面体铁陨石,在该样品中发现的矿物包括:

陨碳铁矿—(Fe,Ni, Co)3C,铁碳化合物

铬铁矿—铁、镁、铬的氧化物

陨硫铬铁矿—铁、铬硫化物

金刚石和六方碳—碳

石墨—碳

陨碳铁镍矿—铁镍碳化物(Fe,Ni)23C6

铁纹石—铁陨石中最主要的矿物

贱金属硫化物

陨磷铁矿—铁镍磷化物(Fe,Ni)3P

镍纹石—铁镍合金

陨硫铁—一种硫化物,分子式FeS,有别于地球上的黄铁矿和磁黄铁矿。该陨石的陨硫铁是硫同位素的分析标准,简写为CDT

碳硅石—一种碳化硅,自然界硬度仅次于金刚石

样品中包含陨郝安琪硫铁—石墨结核,具有金属纹理和小的金刚石。

迪亚布洛峡谷八面体铁陨石的腐蚀试片,

显示出漂亮的维氏台登结构,

其成分主要是铁纹石(占约90%)、镍纹石(占约1-4%)

和陨硫铁-石墨结核(FeS& C,占约8.5%)

提到地球的年龄,就不得不提到在地球化学界一个响当当的名字:克莱尔卡梅伦帕特森(Clair Cameron Patterson)。曾经有两篇鹿晗石翔流传甚广的帖子介绍过他的贡献(帖子一:算出地球的年龄,拯救地球,这些他全做到了;帖子二:地球年龄是多少?这个答案背后隐藏着一名伟大的英雄)。但在这里,我还要不厌其烦地再简单介绍一下。

克莱尔卡梅伦帕特森(Clair Cameron Patterson,1922年6月2日—1995年12月5日)是美国著名的地球化学家,他的一大贡献就是将U-Pb定年方法发展为Pb-Pb定年方法并据此获得了第一个地球的精确年龄,曾获得地球化学界的最高奖(戈尔德施密特奖)、环境领域的最高奖(泰勒奖)。他本科就读于格林内尔学院(Grinnell College)化学专业,后来在爱荷华大学获分子光谱学硕士学位。他的博士学位是在芝加哥大学获得的,师从著名的核化学家和地球化学家哈里森布朗(Harrison Brown)。

在导师哈里森布朗的安排下,1948年开始,他与乔治蒂尔顿(George Tilton)合作进行锆石的地质定年研究,乔治蒂尔顿的方向是测量铀,而帕特森则测量铅。帕特森的研究目标是将地球的初始铅组成确定下来,这样就可以通过分析陨石的铅同位素组成将太阳系和地球的年龄计算出来。由于受到铅污染的影响,尽管6年后他们发表了一篇论文,建立了测量锆石晶体年龄的方法,并且帕特森也拿到了他的博士学位,但是,他们距离获得地球的年龄这个目标还比较远。他在芝加哥大学做了一年博士后之后,于1953年与导师哈里森布朗一起转投加州理工学院地质系(后来改为地质与行星科学系),后来一生都在此工作。

在加州理工,帕赶尸追命特森终于有条件建立起自己的实验室,他严格杜绝空气和其他来源的铅污染,甚至将所有仪器通过酸洗、将所有化学试剂都进行蒸馏纯化,事实上,他建立起了世界上第一个超净实验室来防止他的数据受到铅污染影响。在此基础之上,他利用美国阿贡国家实验室的质谱仪,通过测量包括迪亚布洛峡谷陨石(Canyon Diablo meteorite)在内的5个桃苗价格陨石样品中的铅同位素比率,计算出了地球的年龄为45.5亿年(455070Ma)。这个数字要比当时的其他数据精确得多。

1956年,他以“陨石和地球的年龄”(Age of meteorites and the earth)为王彪简历标题,在国际著名的地球化学研究权威期刊《地球化学与宇宙化学学报》(Geochimica et Cosmochimica Acta,第10卷第4期230-237页)上发表了这一结果,这是第一篇报道太阳系吸积真实年龄的论文,而这一数据自从1956年以来就没有什么太大的改变。

陨石与地球的年龄(Age of meteorites and the earth)论文首页

论文中的表格显示迪亚布洛峡谷陨石(Canyon Diablo meteorite)是分析对象之一

撞击的小行星除了大部分都汽化掉了之外,还有少量的碎片分布在陨石坑的四周。下面这张图片就是其中一个很小的陨石碎片。

最后我们再来看看这些陨石碎片中个头比较大的还有哪些,现在收藏在什么地方:

至今为止发现的最大的陨石碎片是“霍辛格陨石”(Holsinger Meteorite),质量是639kg,现在陈列在陨石坑边缘位置的游客中心。

Holsinger陨石的照片

其他比较有名的陨石碎片和收藏地点可以参见下面的表格:

最后,如果您对这个特(niu)点(pi)鲜(hong)明(hong)的陨石坑感兴趣的话,请进一步阅读《巴林杰陨石坑的地质指南》(Guidebook to The Geology of Barringer Meteorite Crater, Arizona),那里面有更详细、更专业的介绍。可以在巴林杰陨石坑的官方网站:http://barringercrater.com/下载PDF文件慢慢阅读。

《巴林杰陨石坑的地质指南》封面

(全文完)

(致谢:非常感谢中科院地质与地球物理研究所胡森副研究员帮助翻译Canyon Diablo陨石的矿物组成;本文基于维基百科英文版https://en.wikipedia.org/和巴林杰陨石坑的官方网站http://barringercrater.com/以及陨石坑游客中心网站:http://meteorcrater.com/等信息来源综合整理而成,除了标注摄影者之外的图片均来源于维基百科英文版网页)。