我们的地球，自诞生以来就不断遭受着“天外来客”的拜访。“小行星撞地球”的威胁，从没真正消失过。


1988年至今地球上记录的火流星事件，平均每个月都能发生2-3次。这些闯入地球大气层的流星体个头通常很小，绝大多数会在大气层中烧毁。其中最大的一次（红点）是发生于2013年2月15日的车里雅宾斯克（Chelyabinsk）撞击事件，肇事小行星据估计直径近20米，造成了一定的危害，无人死亡 | NASA/JPL-Caltech [1]


但撞击事件的直接产物——“陨石坑”（或者叫“撞击坑”），在地球上留下的并不多，迄今为止也就发现了大约200个而已。


地球上目前已发现的大型陨石坑分布（不完全统计），注意圆圈大小并不是实际的陨石坑大小，但正比于实际陨石坑的大小 | 维基


如果有人问，中国境内已经发现了多少陨石坑？


在本世纪前，答案是没有。在大约10年前，答案是1个。在两年前，答案是2个。而现在，这个数字跃升到了3个。


在2023年9月5日在线发表的论文中，陈鸣研究员团队确认位于吉林省通化市白鸡峰国家森林公园的一个圆形凹陷，其实是一个小天体撞击形成的陨石坑[2]——这是我国境内目前发现的第3个陨石坑。


无人机拍摄的白鸡峰陨石坑 | 陈鸣研究团队


另外两个，一个是位于辽宁省鞍山市的岫岩陨石坑，直径约1.8公里[3]；


岫岩陨石坑在800米高空的俯视图 | 人民网


另一个是位于黑龙江省哈尔滨市依兰县的依兰陨石坑，直径约1.85公里[4]。


无人机在500米高空拍摄的依兰撞击坑全景图 | 参考文献[4]


这三个陨石坑均为陈鸣团队确认真身。（嗯，东三省一家一个，这很雨露均沾。）


从传说里走出的“白鸡峰”


不同于近乎“死寂”的月球，地球上至今仍有各种活跃的地质活动和动植物活动，因此地球上形成的陨石坑更容易退化和抹去，更难以寻找和确认。


从某种角度来说，寻找地球上的古老陨石坑，是一件更有挑战但也更有趣味的事——我们有时能从史书、典籍和传说中找到线索。


白鸡峰国家森林公园，得名于园内的两座高峰：前白鸡峰和后白鸡峰。


前白鸡峰（左）和后白鸡峰（右）| 图源：Google CNES / Airbus Maxar Technologies Landsat / Copernicus Data SIO， NOAA， U.S. Navy， NGA， GEBCO.


据当地林业局的介绍[5]：相传几千年前，外星陨石落于园内两座峰上，石质坚硬银白如雪，又因两山形如鸡状，故得名白鸡峰。


而陈鸣团队本次研究则证实了，这个传说在很大程度上是靠谱的：多年前的一颗小天体高速撞在了此处，形成了一个直径约1.4公里的陨石坑。只不过，很可能不是“陨石落在了两座峰上”，而是撞击带来的冲击波改变了此处原本的地形，形成了前后两座白鸡峰。


新发现的白鸡峰陨石坑具体位置是北纬41°33'07"，东经126°06'40"，从航拍影像上来看，这坑真不算是很圆的。


白鸡峰陨石坑的谷歌地球影像


地球陨石坑的认证标准


但是，圆不圆这种事，对地球陨石坑的判定来说，可以说是最不重要的，差不多就行了（比这圆的很多都压根不是好吧）。


相反，受撞击前当地地质构造情况的制约，对小型地球撞击坑来说，不圆可一点都不稀罕。最典型的例子当属直径1.2千米的巴林杰陨石坑，几乎是个方形。


地球上最早得到确认的陨石坑之一，巴林杰陨石坑 | 维基


那重要的判定标准是什么呢？是岩石在短时间内迅速受到高温高压冲击作用的痕迹。


这些痕迹中，最常见的就是震裂锥（shatter cone）了。这是一种比较典型的小天体撞击或者核爆破产物，岩石在受到2 - 30 GPa的压强之下可能会形成这种锥状发散的线条，是一种宏观的、肉眼可以识别的撞击地貌。


典型的震裂锥长这样：


（左）加拿大魁北克Charlevoix陨石坑中发现的碎裂锥 | 维基 by JM Gastonguay；（右）德国Ries陨石坑中发现的碎裂锥 | 维基by Johannes Baier


更进一步，还有一些常见的岩石冲击变质产物可以作一点数，例如柯石英、斯石英、微粒钻石等，但这些同样只能作为此处发生过高压撞击作用的辅证，而非实锤。


最关键的实锤是一种叫做面状变形构造（Planar deformation features，简称PDFs）的特征，这是一种微观特征，需要在显微镜下才能看到。


经历过陨石撞击引起的高压冲击作用的硅酸盐矿物（通常是石英或长石）晶粒中，可能会产生一组或多组平行于不同方向的线性裂隙，平行裂隙之间的间距在十几到几十微米量级。


典型的石英晶粒中的面状变形构造，来自：（左）加拿大Bosumtwi陨石坑 | 参考文献[6]（右）芬兰的Keurusselka陨石坑 | 参考文献[7]。图中都是平行于两个不同方向的情况。


这是一种只可能出现在高压冲击作用现场的产物，也是目前地球上判定一个坑是不是陨石坑最重要的实锤。


岫岩陨石坑和依兰陨石坑，都是在探测到面状变形构造之后，才被真正认可为“陨石坑”的。


岫岩陨石坑中探测到的面状变形构造：


岫岩陨石坑花岗岩碎屑中石英晶粒在正交偏振光下显示出的面状变形构造特征，显微照片 | 参考文献[8]


依兰陨石坑中探测到的面状变形构造：


依兰陨石坑花岗岩角砾中的石英晶粒在正交偏振光下显示出的面状变形特征，显微照片  | 参考文献[4]


这次也不例外。敢说“确认发现”，毫无疑问陈鸣团队是通过地质考察和取样，确实在白鸡峰陨石坑的岩石中发现了面状变形构造的。


光学显微镜在白鸡峰陨石坑坑内采集的石英颗粒中探测到的面状变形构造（白色实线），正交偏正光 | 参考文献[1]


白鸡峰陨石坑形成于什么时候？


至于白鸡峰陨石坑形成于什么时候？目前还缺乏更为细致的放射性定年结论。但有一些地质学上的证据可以作为约束：


1）白鸡峰的花岗岩基底形成于1.72亿-1.5亿年前（侏罗纪时期），因此白鸡峰撞击时间应当发生于这些花岗岩形成之后；


2）撞击坑缘覆盖的溅射物岩石碎屑层保存状态较好，表明该撞击结构很年轻（指的是地质尺度，一般百万年这个量级的都很年轻），尚未受到太久的地质侵蚀；


前白鸡峰顶堆积的撞击溅射物石块，边缘锐利，明显未受到很久的地质侵蚀 | 参考文献[2]


3）与直径相似的依兰陨石坑对比，两个陨石坑均形成于温带大陆性季风气候区，也都被植被覆盖，但依兰陨石坑所在的花岗岩基底形成于4.9万年前，坑缘附近的溅射物碎石已被严重侵蚀。相比之下，保存更为完好的白鸡峰陨石坑，形成年代至少不会比依兰陨石坑早太多。


事实上，中国目前单位陆地面积上发现的撞击坑密度远低于世界平均水平，这意味着，还有更多“隐藏”的撞击坑尚未被发现和确认。这注定是一件非常费时费力，却常常会失败的工作，因为不是所有圆形凹陷结构都是陨石坑。但每个历经艰辛终得认证的陨石坑，又是那么迷人，有着那么多连接历史与如今，传说与现实的故事。


希望我国的大好河山里能发现越来越多陨石坑的遗迹，也希望当地旅游局好好挖掘和展示这些旅游资源，反正现在岫岩、依兰和白鸡峰都已经记在我的小本本上了。


参考文献

[1] https://cneos.jpl.nasa.gov/fireballs/

[2] Chen， M.， Lu， Y.， Ning， J.， Yang， W.， Shu， J.， & Mao， H. K. (2023). Discovery of the Baijifeng impact structure in Tonghua， Jilin， China. Matter and Radiation at Extremes， 8(5).

[3] Chen， M.， Xiao， W.， & Xie， X. (2010). Coesite and quartz characteristic of crystallization from shock-produced silica melt in the Xiuyan crater. Earth and Planetary Science Letters， 297(1-2)， 306-314.

[4] Chen， M.， Koeberl， C.， Tan， D.， Ding， P.， Xiao， W.， Wang， N.， ... & Xie， X. (2021). Yilan crater， China: Evidence for an origin by meteorite impact. Meteoritics & Planetary Science， 56(7)， 1274-1292.

[5] 通化市林业局-走，去白鸡峰一起露营吧http://lyt.jl.gov.cn/stwm/lywx/202306/t20230626_8728438.html

[6] Osinski， G. R.， Grieve， R. A.， Bleacher， J. E.，Neish， C. D.， Pilles， E. A.， & Tornabene， L. L. (2018). Igneous rocksformed by hypervelocity impact. Journal of Volcanology and Geothermal Research.

[7] Ferrière， L.， Raiskila， S.， Osinski， G. R.，Pesonen， L. J.， & Lehtinen， M. (2010). The Keurusselkä impact structure，Finland—Impact origin confirmed by characterization of planar deformationfeatures in quartz grains. Meteoritics & Planetary Science， 45(3)， 434-446.

[8] Chen， M.， Koeberl， C.， Xiao， W.， Xie， X.， & Tan， D. (2011). Planar deformation features in quartz from impact‐produced polymict breccia of the Xiuyan crater， China. Meteoritics & Planetary Science， 46(5)， 729-736.


本文来自微信公众号：果壳 （ID：Guokr42），作者：haibaraemily