隕星同行星等天體高速撞擊所形成的低窪地。又稱隕星坑、隕擊坑或撞擊坑。撞擊坑是行星表面的共同特徵,其大小從微米級的微隕石坑至直徑大於2 000千米的盆地。隕星體以高速穿過大氣層時產生的強大衝擊波撞擊地球或其他天體表面時產生劇烈衝擊和爆炸,或隕星體高速撞擊沒有大氣層的天體表面時,使撞擊體自身與被撞擊部位的巖石熔融和氣化,拋射出基巖物質後形成凹坑(圖1)。
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名稱(所屬國傢) | 形 態 | 直徑(km) | 年齡(百萬年) |
---|---|---|---|
阿克拉曼湖(澳大利亞) | 有環形壁的復合隕石坑 | 160 | 600 |
奧沃盧(毛裡塔尼亞) | 簡單坑 | 0.37 | 3.1(±0.3) |
比•佈拉夫(美國) | 簡單坑 | 2.4 | 40(或小於40) |
別因乞米–薩拉塔(俄羅斯) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 8 | 65(或小於65) |
博蘇姆提維湖(加納) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 10.5 | 1.3 |
佈倫特(加拿大) | 簡單坑 | 3.8 | 450(±30) |
東清水湖(加拿大) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 22 | 290(±20) |
西清水湖(加拿大) | 有環形壁的復合隕石坑 | 32 | 290(±20) |
深水灣(加拿大) | 中央隆起的復合隕石坑 | 12 | 100(±50) |
埃利格格特根湖(俄羅斯) | 中央隆起的復合隕石坑 | 22 | 3.5(±0.5) |
弗林灣(美國) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 3.8 | 360(±20) |
戈特•帕多克(澳大利亞) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 5 | 50(或小於50) |
霍頓(加拿大) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 20 | 15 |
卡拉(俄羅斯) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 50 | 57 |
利物浦(澳大利亞) | 簡單坑 | 1.6 | 150(±70) |
洛納爾(印度) | 簡單坑 | 1.8 | 0.05 |
馬尼誇根湖(加拿大) | 有環形壁的復合隕石坑 | 70 | 210 |
曼森(美國) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 35 | 70(或小於70) |
流星隕石坑(美國) | 簡單坑 | 1.2 | 0.1(或小於0.1) |
魁北克新隕石坑(加拿大) | 簡單坑 | 3.2 | 5 |
瓦爾克濟茲(阿爾及利亞) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 3.5 | 70(或小於70) |
帕托姆(俄羅斯) | 簡單坑 | 0.09 | 0.003 |
波皮蓋(俄羅斯) | 有環形壁的復合隕石坑 | 100 | 39(±9) |
雷德溫灣(美國) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 9 | 200 |
裡斯(德國) | 有環形壁的復合隕石坑 | 24 | 15 |
舒納克(吉爾吉斯斯坦) | 簡單坑 | 2.5 | 12 |
斯廷河(加拿大) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 25 | 95(±7) |
施泰因海姆(德國) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 3.4 | 15 |
薩德伯裡(加拿大) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 140 | 1840(±150) |
達坂•喀拉•鄂博(蒙古) | 簡單坑 | 1.3 | 30(或小於30) |
塔萊姆贊(阿爾及利亞) | 簡單坑 | 1.7 | 3(或小於40) |
泰努邁爾(毛裡塔尼亞) | 簡單坑 | 1.9 | 2.5(±0.5) |
弗裡徳堡(南非) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 140 | 1970(±100) |
西霍克湖(加拿大) | 簡單坑 | 2.7 | 100(±50) |
紮曼欣(哈薩克斯坦) | 具中央隆起的復合隕石坑 | 10 | 4.5 |
一般撞擊坑的直徑約為沖擊體直徑的50倍,而被拋出坑外的巖石體積約為沖擊體體積的幾百倍,拋射物沉降區的直徑約為坑直徑的兩倍。隕星特別是大的隕星撞擊地球時,不僅形成撞擊坑,還在地球表層產生一些特殊的地質作用。
地球上隕石坑 已發現的隕石坑達100多個,它們都是地球歷史上受地外物質撞擊的記錄,表明地球早期曾有過大量的隕星撞擊過程。隕石坑大小不一,小的如沙特阿拉伯的瓦巴隕石坑,直徑約100米;大的如澳大利亞的阿克拉曼(湖)坑、加拿大的薩德伯裡坑和南非的弗裡德堡構造,它們的直徑都在100千米以上(見表)。據知,地球上最大的隕石坑當數墨西哥尤卡坦半島附近海底的奇科蘇盧佈坑,直徑達280千米。最著名的美國亞利桑那隕石坑(圖2)直徑達1 240米,深170多米,坑的四周比附近地面高出40米左右。研究表明,它是大約2萬年前,由一個直徑約60多米、重十幾萬噸的鐵隕星以每秒20千米左右的速度撞擊而成。有人認為加拿大薩徳伯裡銅鎳礦床是由於隕星隕落觸發地下深處巖漿活動所形成。
判定隕石坑的標志 根據對隕石坑現場的實際調查和對主要造巖礦物沖擊效應的研究,結合核爆炸和人工沖擊模擬試驗研究的結果,判定隕石坑的主要標志有:①一般為圓形構造。較古老的坑由於受到後期構造運動的影響,也有呈橢圓形或腰子形。②大多保存有較好的坑唇,即環形山坑緣,為拋射物沿坑緣堆積而形成。形成年代古遠者,坑唇多已被侵蝕,甚至整個沖擊坑都已被剝蝕,可根據其他標志加以識別。③坑底結構較復雜。坑底的巖石在受到巨大隕星轟擊後,由於應力釋放而產生一定程度的回彈,故在一些大的隕石坑底部常出現中央隆起;坑底遭到破壞的巖石在人工地震波圖像上顯示反射波極不規則;在重力圖上為重力負異常(火山噴發則為正異常)。巨大隕星還可能觸發深部巖漿的侵入,如加拿大著名的薩德伯裡銅鎳礦床已被證實為一個復合構造,深部的含礦巖漿疊加在隕星轟擊構造之上。④常有隕石碎片或鐵–鎳珠球等殘留物存在於沖擊產物中。迄今為止,尚未在任何一個地表的大隕石坑中挖掘出隕星殘餘體,然而在質量較小的隕星所形成的坑內大都能找到一些殘留物。目前地表已找到隕星碎片的十多個沖擊坑的直徑都較小,一般僅幾十米到百十米,最大的亞利桑那坑直徑也不過千餘米。質量大的隕星,由於高速撞擊地表後容易爆炸和蒸發,極難在坑中找到其殘片。如在直徑為24千米的裡斯坑(爆炸能量大於1021焦耳)中至今仍未找到隕星的殘留物。但在坑底巖石的粒間裂隙內發現瞭鐵–鉻–鎳(含少量矽和鈣)的微細粒子及細脈,認為是由氣化瞭的隕星沖擊體經凝聚而形成的,這是識別隕石坑的重要標志。⑤角礫巖和震裂錐。大量的角礫巖雜亂無章地與不同巖性的巖石碎屑混雜在一起。這些角礫巖含有大量熔融的或部分熔融的玻璃質擊變巖。沖擊波通過某些巖石時,會形成震裂錐,單個錐體從小於1厘米到15厘米左右,頂端稍鈍,錐體頂角一般為90°,表面有很多呈馬尾狀構造的溝槽,錐體的頂端有指向沖擊構造中心的趨勢。在石灰巖、白雲巖、石英巖、片麻巖和頁巖等許多巖石中都能觀察到震裂錐。在薩德伯裡、裡斯和施泰因海姆盆地、弗林克裡克等數十個沖擊構造中都發現瞭震裂錐。業已證明,震裂錐可以作為隕星轟擊的獨特標志。⑥礦物的沖擊效應標志。在造巖礦物中可以看到的沖擊效應有:礦物發育有特征的微觀和亞微觀結構,如石英、長石、雲母、輝石、角閃石、橄欖石的形變、微裂隙、微頁理和扭折條帶等構造,如石英的多方向的微頁理是沖擊成因的獨特標志;固態下的相轉變,如石英轉變為柯石英和超石英,以及轉變為繼形矽氧玻璃,石墨轉變為金剛石等;礦物的熱分解、熔融與流動構造,特別是在同一巖石中結晶體與玻璃體並存,如石英、長石轉變為玻璃相,而深色礦物仍保留晶質相,玻璃體內的難熔礦物亦發生分解,如出現液滴狀的鈦鐵礦、金剛石、鐵板鈦礦和斜鋯石等。
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研究隕石坑的意義 首先,為地球、月球、水星、火星及其衛星表面圓形坑和環形山構造的隕星撞擊成因假說提供依據,幫助確定隕石坑的存在時間和分佈狀況;也提供瞭有關巨大隕星撞擊地球和其他天體引發的巖漿活動、災變事件和天體演化的寶貴的資料。對礦物和巖石沖擊變質的研究,進一步豐富瞭巖石學、礦物學、結晶學和高溫高壓地質學,為瞭解地幔物質性狀和物理化學特點,即地球深部的研究提供參考依據;也可以從沖擊效應特征推定巖石受轟擊時的溫度和壓力歷史,從而瞭解地面與地下核試驗的效應以及對工程防護和金剛石等礦物的合成都具有一定的實用意義。其次,由於巨大隕星撞擊能引起地下巖漿上升、侵入和成礦,因而出現瞭把地外撞擊作用與地球深部作用聯系起來的新成巖成礦理論,開拓瞭新的找礦思路。