陨石坑

陨石坑，乃是由小行星或彗星以高速撞击行星及其卫星表面所形成的凹坑或环状地质构造。这种独特的地质现象，对于探索地球的形成与演化、古生物变迁、成岩成矿过程以及地球深部物质状态等领域，均具有举足轻重的科学意义。

岫岩陨石坑，作为中国首个经过严格科学证实的陨石坑，坐落于辽东半岛北部的辽宁省鞍山市岫岩满族自治县苏子沟镇古龙村。该陨石坑形态宛如碗状，归类为简单坑，直径达1800米，坑深约150米。其坑区基岩乃20亿年前形成的早元古代变质岩地层，具有极高的科学研究价值。

在具有风化过程或地壳运动的天体上，古老的陨石坑会逐渐被自然力量所磨灭。例如，在地球上，风化作用、风吹来的尘沙堆积以及岩浆活动等，都可能导致陨石坑被掩盖或磨灭。而在其他天体上，如木卫四，其表面覆盖的冰层会随时间流动，进而使得卫星表面的陨石坑逐渐消失。

地球上现存约150个仍可辨认的大型陨石坑，地质学家通过研究这些陨石坑，还发现了众多已无法辨认的陨石坑遗迹。几乎所有具有固体或局部液体表面的行星和卫星，都带有陨石坑的痕迹。在某些天体上，陨石坑的密度甚至可用来确定相应表面地区的形成年代。

早期探索与争议

丹尼尔·巴林杰是首位将地球上的地质形态确认为陨石坑（撞击坑）的学者。他指出，美国亚利桑那州的巴林杰陨石坑是一个典型的撞击坑。然而，当时他的理论并未获得广泛支持，多数地质学家认为地球上已无遗留的陨石坑。

20世纪20年代，美国地质学家沃尔特·布克对美国境内的一系列环形山进行了深入研究，认为这些环形山是由巨大的爆炸事件造成的，但他最初认为这些爆炸事件是强烈的火山爆发所致。直至1936年，其他地质学家才得出结论，认为这些环形山可能是由撞击造成的。

撞击理论的确认与发展

这一问题直至20世纪60年代仍未完全解决。当时的一系列研究，尤其是尤金·苏梅克的详细研究，提供了明确的证据，证明这些环形山是由撞击形成的。这些研究确认了一系列只有通过撞击才会产生的冲击变态现象，其中最知名的是冲击石英。

利用这些研究所获得的新的判断手段，地质学家开始在全球范围内寻找撞击坑。至1970年，他们已初步断定了50多个陨石坑。然而，这些结果在当时仍颇具争议。但正在进行的阿波罗计划为科学家提供了直接的月球上的陨石坑数据。由于月球上的风化作用极小，其表面的陨石坑几乎可无限期地保留着。鉴于地球与月球上的陨石坑密度应相差不多，这些数据明显显示地球上应有更多的陨石坑。

形成条件与能量释放

在地球上，陨石坑形成的条件是一个物体以至少11.6km/s的速度从外空与地球相撞。在此过程中，物体的动能会转化为热能，重的陨石释放出来的能量可达到相当于上千吨TNT爆炸所释放的能量，这一能量级甚至与核爆炸相当。地震仪平均每年约记录到一次大于一千吨TNT能量的撞击，这些撞击一般发生在大洋中。

陨石特性与撞击效应

若陨石的质量超过1000吨，大气层基本上对其无减速作用，陨石表面的温度和压力会极高。球粒陨石和碳质球粒陨石在这种状况下会在与地面撞击前就被破坏，但铁-镍金属陨石的结构足够强，可与地面撞击并造成巨大爆炸。

当陨石与地面相撞时，会将当地的空气、水和岩石压缩为极热的等离子体。这个等离子体会迅速向外扩张并冷却，与其他被投射的物件以轨道或近轨道速度被抛出，甚至可完全脱离地球的引力。有些物件还可在其他行星表面成为陨石坠落。在无空气的天体表面，往往还可看到从撞击坑向外辐射的外抛物留下的痕迹。

复杂化学反应与物质分布

在等离子体内部，会发生非常高能的化学反应。例如，在地球上，盐水和空气可合成非常强的酸。等离子体内气化的岩石会凝结成水滴形的似曜岩，这些似曜岩可分布到撞击点周围很大的范围里。但也有观点认为，似曜岩并非仅由撞击产生。例如，世界上最大和最年轻的似曜岩区（位于澳大利亚周边，约70万年）就缺乏一个撞击坑。若此处的似曜岩确由撞击形成，则如此大的一个撞击坑不可能在过去一百万年中被磨灭。

海上与陆上撞击的危害对比

海上撞击所造成的危害通常比陆上撞击大得多。大的陨石可一直冲到海底，在海上造成巨大的海啸。据计算，尤卡坦希克苏鲁伯的撞击就造成了50至100米高的海啸，并在内陆数千米处形成了堆积。

不论是在陆上还是海上，撞击的结果总是一个陨石坑。陨石坑有两种主要形式：“简单”的和“复杂”的。巴林杰陨石坑是一个典型的简单陨石坑，即地面上的一个坑。简单的陨石坑直径一般都小于四千米。而复杂的陨石坑则一般比较大，中央有一个中心山，周围环绕着沟，还有一或多个边。中心山是由于撞击后地下的反射造成的，这样的陨石坑有点像冻结在地面上的滴入水池里的水滴。

陨石坑大小与形状的变化

不论是简单的还是复杂的陨石坑，其大小都决定于陨石的大小以及撞击处的物质。比较松软的物质所形成的陨石坑比比较脆的物质所形成的陨石坑要小。陨石坑的大小和形状还会随时间变化。刚刚形成的陨石坑会因散热而收缩，在地球表面，随时间的延续，风化以及其他地质过程会将陨石坑掩藏起来。例如，巴林杰陨石坑是地球上保存最好的陨石坑之一，但它只是在约五万年前形成的。而6500万年老的希克苏鲁伯撞击坑虽然是地球上最大的撞击坑之一，但在地球表面上已看不到它的痕迹了。

陨石坑与火山口的区分

有些火山口看上去像陨石坑，而大理石除可通过撞击形成外，也可通过其他过程形成。不爆炸性的火山口一般很容易与撞击坑区分，因为它们形状不规则，而且还有岩浆流和其他火山物质。只有金星上的陨石坑也有融化的物质流淌。陨石坑最不同的标志是岩石受到的冲击变态，如碎裂屑锥、熔化的岩石和晶体变形。在简单的陨石坑里，这些物质比较趋向于被深埋，但在复杂的撞击坑里，可以在中心上射的部分找到它们。

陨石坑的典型特征

撞击坑底部特征：撞击坑底部常有一层“大理石化”的岩石。

碎裂屑锥现象：岩石上出现V形的凹坑，尤其在细粒的岩石上容易产生这样的碎裂屑锥。不过，一些学术论文报道说在火山喷射物中也有碎裂屑锥。

高温岩石表现：如溶化过的硬和焊在一起的沙块、似曜岩以及溶化的岩石飞溅后形成的玻璃。不过，有些学者怀疑似曜岩可以作为撞击坑的特征，因为在一些火山地带也有似曜岩被发现。此外，似曜岩一般比典型的撞击岩石要干。撞击后溶化的岩石类似火山岩，但它们包含有没有溶化的岩层的碎片，组成不寻常的、大面积的覆盖面，它们的化学成分也比从地球深处喷出来的火山岩要复杂。此外，它们往往含有在陨石中比较多的微量元素，如镍、铂、铱、钴等。

矿物中的微压力变形：这包括石英和长石中晶体破裂、高压物质如金刚石的形成、冲击石英的变形如重矽石和斜矽石。

判定陨石坑的主要标志

根据对陨石坑现场的实际调查和对主要造岩矿物冲击效应的研究，结合核爆炸和人工冲击模拟试验研究的结果，判定陨石坑的主要标志包括：

圆形构造：陨石坑一般为圆形构造。对地表数十个陨石坑探测的结果表明，它们多为圆形构造，较古老的坑由于受构造运动的影响也有呈椭圆形或腰子形的。

保存完好的坑唇：大多数陨石坑都保存有较好的坑唇，即环形山坑缘。它是由抛射物沿坑的边缘堆积而形成的。有一些陨石坑由于形成年代老，坑唇多被侵蚀掉，有时冲击坑本身也被剥蚀，因而不易被识别，但残留的强形变和震裂岩石为一圆形区域这一特点仍可被辨认。

复杂的坑底结构：坑底的岩石在受到巨大陨石轰击后，由于应力释放而产生一定程度的回弹，故在一些大的陨石坑底部常出现中央隆起的状况。由于坑底岩石遭到破坏，使人工地震波的反射极不规则。重力法的测定结果表明，陨石坑为重力负异常，而火山喷发为正异常。此外，一个巨大陨石的轰击，有可能触发或控制深部岩浆的侵入。

冲击产物中的残留物：常有陨石碎片或铁－镍珠球等残留物存在于冲击产物中。迄今为止，还从未在任何一个地表陨石坑中挖掘出陨石冲击体本身，然而在质量较小的陨石所轰击形成的坑内大都能找到它的残留物。地表已找到陨石碎片的10多个冲击坑的直径都较小，一般只有几十到上百米，最大的亚利桑那陨石坑直径为1200米。质量大的陨石，由于它高速撞击地表后容易爆散和蒸发，极难在坑中找到其残片。

角砾岩和震裂锥的存在：大量的角砾岩，大都是杂乱无章地与不同的岩性碎屑混合在一起。这些角砾岩含有大量熔融的或部分熔融的玻璃质击变岩。冲击波通过某些岩石类型时，就产生震裂锥。单个锥体的大小从小于1厘米到15厘米或更大，顶端稍钝，锥体项角一般为90°，表面有很多沟槽，呈马尾构造，锥体的顶端都有指向该冲击构造中心的趋势。在石灰岩、白云岩、石英岩、片麻岩和页岩等许多岩石类型中都观察到有震裂锥。在地表冲击位置上，包括萨德伯里构造、里斯和施泰因海姆盆地、弗林克里克等数十个冲击构造中都发现了震裂锥。现已证明，震裂锥本身已能作为陨石轰击的独特标志（直径4公里以上的陨石坑才有可能出现中央锥）。

矿物的冲击效应标志：造岩矿物均显示冲击效应。与陨石坑有关的矿物冲击效应包括：在非常高的应变率下，矿物发育有特征的微观和亚微观结构，如石英、长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石的形变、微裂隙、微页理和扭折条带等构造，其中石英的多方向微页理是冲击成因的独特标志；在固态下的相转变，如石英转变为柯石英和超石英，以及转变为继形硅氧玻璃，石墨转变为金刚石等；矿物的热分解、熔融以及出现流动构造，特别是在同一岩石中结晶体的玻璃体并存，如石英、长石已转变为玻璃相，而深色矿物仍保留晶质相。在强冲击情况下，玻璃体内的难熔矿物亦发生分解，如有的坑内钛铁矿、金刚石、铁板钛矿和斜锆石等已熔成液滴状。

为陨石轰击成因假说提供依据：为地球、月球、水星、火星及其卫星表面圆形坑和环形山构造的陨石轰击成因假说找到依据，从而确定陨石坑的存在时间和分布情况。同时，为研究巨大陨石的撞击对地球和其他星球的形成、原始热和自转轴变迁的影响，以及为研究岩浆活动、突变事件和星球演化提供宝贵的资料。

丰富相关地质学内容：对矿物和岩石冲击变质的研究，将进一步丰富岩石学、矿物学、结晶学和高温高压地质学的内容，并为了解地幔物质性状和物理化学特点，即为地球深部的研究提供参考依据。也可以从冲击效应特征推定岩石受轰击时的温度和压力历史，从而对于了解地面及地下核试验和人工爆破的威力、破坏半径，以及对工程防护和对金刚石等矿物的合成具有一定实用意义。

推动新成岩成矿理论研究：由于巨大陨石轰击能引起地下岩浆上升、侵入和成矿，因而出现了把外来作用和地球深部作用联系起来的新成岩成矿理论。

为宇宙飞船软着陆提供依据：研究地表陨石坑的分布形态、锥度，特别是受轰击后的变质作用，可直接推断陨石下降时的方向、速度、质量以及烧蚀破裂情况，为宇宙飞船软着陆提供依据。

岫岩陨石坑：2010年7月，国际权威学术期刊《地球与行星科学通讯》发表了陈鸣博士等人有关岫岩陨石坑中柯石英发现的论文，这意味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。岫岩陨石坑被证实的消息在中国科学界引起不小震动。该陨石坑距离岫岩县城东北方向直线16公里，从坑外山脊上往下望，这里就好似一只大碗，坑直径约为1800米、深约150米，陨石撞击事件发生在约5万年前。

海南陨石坑：位于白沙黎族自治县城东面的白沙农场境内，距县城6公里。此坑是我国发现的第一个陨石坑，距今70万年前一颗小行星坠落此处爆炸形成，直径3.7公里，坑唇墙形成完好，对研究古环境的变迁、古生物的演化都具有重要意义，是科学考察旅游的好地方。海南著名的白沙绿茶便产于此地，该茶色泽光润，香浓味永，十分耐泡，营养成分高。

国外陨石坑实例

法国西南部的两个陨石坑：西南部的两个陨石坑的直径都在200～300千米之间，彼此之间的距离只有140千米。这两个陨石坑可能是2亿年以前同一颗小行星撞击的产物，这可能是迄今为止撞击地球的最大的小行星。

美国亚利桑那陨石坑：美国内华达州亚利桑那陨石坑是5万年前，一颗直径约为30～50米的铁质流星撞击地面的结果。这颗流星重约50万千克、速度达到20千米/秒，爆炸力相当于2000万千克梯恩梯(TNT)，超过美国轰炸日本广岛那颗原子弹的一千倍。爆炸在地面上产生了一个直径约1245米，平均深度达180米的大坑。

墨西哥尤卡坦陨石坑：墨西哥尤卡坦半岛契克苏勒伯陨石坑直径有198千米。肇事者是6500万年前一颗直径为10到13千米的小天体。陨石坑被埋藏在1100米厚的石灰岩底下，先被石油勘探工作者发现，随即又被“奋进号”航天飞机通过遥感技术证实了它的存在。

俄罗斯通古拉斯陨石坑：俄罗斯西伯利亚通古斯地区有陨石痕迹。1908年6月30日，目击者看见一个火球从南到北划过天空，消失在地平线外，地平线上随即升腾起火焰，响起巨大的爆炸声。爆炸之后的几天里，通古斯地区的天空被阴森的橘黄色笼罩，大片地区连续出现了白夜现象。调查者相信这是一颗陨石撞击到西伯利亚所引起的爆炸。据推测，这颗直径小于60米的小行星或者彗星碎块闯入大气层，在距地面8千米的上空发生了爆炸。1947年2月12日，俄罗斯远东城市锡霍特发生与通古拉斯相似的大爆炸，发现了100多个陨石坑，收集到8000多块镍铁陨石，总重量28吨多。

戈斯峭壁(Gosses Bluff)：澳大利亚探险家戈斯于一八七三年发现了戈斯峭壁。最早光顾这个陨石坑的是生活在澳大利亚荒漠中的土著，坑中的营地遗址留下了他们当年活动的痕迹。根据科学家对该坑形成的研究，证实它是在一亿三千万年前，遭受来自太空的撞击形成的，撞击物体速度极快，但密度相对较低，因而推测是彗星(由固体二氧化碳、冰块和尘埃组成)而非小行星陨石。最初的陨石坑直径大约二十千米，由戈斯峭壁围合的坑径只有4千米，是中心坑，外围的在亿年漫长的岁月里早已被侵蚀掉了。

陨石坑

南极陨石坑假说：有科学家提出，南极大陆极点附近的冰下有一个直径240千米，深800米的陨石坑。六、七十万年前，一颗小天体从这里击中地球，地轴方向和地球自转速度因此发生了改变。研究者已在南极冰盖上发现和回收到2.3万块陨石样品。

塔吉克斯坦Kara Kul陨石坑：这个临近阿富汗边界，在帕米尔高原上的陨石坑大约在1千万年前形成，直径45千米。

加拿大的Clearwater Lakes陨石坑：这是一对孪生陨石坑，形成在2亿9千万年以前，可能是由分裂成两块的小行星同时撞击而成。陨石坑西面的那个直径32千米，东面的那个直径22千米。

加拿大的Manicouagan陨石坑：陨石坑有明显的被冰面覆盖的环状湖。这个陨石坑有100千米直径，形成在2亿1千万年前。

澳大利亚Walf Creek陨石坑：位于北部沙漠中心。直径875米，形成于30万年以前，是一个比较年轻的陨石坑。坑边高度位25米，坑的中心深度为50米。陨石坑里至今还有铁陨石氧化后的残余物质，以及高温下沙粒熔化形成的玻璃物。

蜘蛛陨坑：位于澳大利亚西部，这个陨坑中央位置发现的震裂锥在一定程度上限定了蜘蛛陨坑的年代，尽管这一数值还存在很大的不确定性。美国宇航局认为形成这一陨坑的撞击事件大约发生在9亿~6亿年前的新元古代时期，当时地球正经历一次严重的冰冻期，被地质学家们称作“雪球地球”。

非洲乍得湖的Aorounga陨石坑：直径17千米，形成于2亿年前。

纳米比亚的Roter Kamm陨石坑：直径2.5千米，形成于500万年以前。

德国的陨石坑ries：有1500万年历史，已是一片茂盛的农田。

南非的vredefort陨石坑：其直径达到了3万多米，其年代约为20亿年。

1490年，我国就有陨石雨砸死上万人的记载。北京以北约200千米冀蒙交界的内蒙多伦地区，有一个超大规模的坑状地形，极有可能就是陨石坑。这个坑具有同心环状的“波脊丘”，一个直径为170千米的外环和一个直径为70千米的内环，大约形成于一亿三千万年前。1976年3月8日，我国吉林省吉林市近郊发生了大规模的陨石雨，陨落区直径70多千米，面积在400～500平方千米之间，共收集到陨石100多块，总重2616千克，其中“吉林1号”陨石重1770千克，是世界上最大的石陨石。

对岫岩陨石坑的后续科学研究及开发前景，从专家到政府到民间，都有种种设想和建议。岫岩陨石坑保存完好，大小和形态具有观赏性与震撼性，交通方便，不少意见认为，它具备开发成为天然陨石坑博物馆（或陨石坑地质公园）的基本条件。

对此，相关专家持乐观其成的态度。他们认为，陨石坑不仅仅具有旅游价值，它甚至可以作为一个地标，对提高全民科学素质发挥长期影响。陨石坑能把人类和太空的距离拉近，天体依然神秘，天体撞击依然神秘，但它们就在我们身边。