澳大利亚发现世界上已知最古老的陨石撞击坑

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日前Nature Communications发表了新的研究论文,该研究的内容已经被大众所普遍接受——位于澳大利亚西部的亚拉布巴陨星坑是当前已知地球上最古老的陨星坑。亚拉布巴星陨坑大概已经有22.29亿年的历史了。它比位于南非并且宽度大概为200公里(120英里)的弗里德堡陨石坑还多存在大概2.1亿年的历史。澳大利亚安大略省的萨德伯里陨石坑也要较亚拉布巴少大概3.8亿年的历史,萨德伯里陨石坑有着180公里(112英里)的宽度。

蒂蒙斯·埃里克森是该项研究的第一作者。他就职于NASA约翰逊空间站中心,曾经就读于科廷大学。他和他的同事们提供的证据表明一个宽度大约为7公里的小行星撞击了一块巨大的冰盖从而形成了亚拉布巴陨星坑。此次撞击产生了大量的水蒸气,这些水蒸气弥漫在空气中,而且潜移默化地导致了地球的气候变暖。

澳大利亚发现世界上已知最古老的陨石撞击坑-第1张图片-IT新视野

科学家们很久之前就已经知道亚拉布巴陨星坑的存在了,但是它因为一些原因并没有被确定年代,原因如下:亚拉布巴陨星坑的“年龄”太大了,它的表面上覆盖着稳定的地质材料,由各个年代的地质材料积累而来,并且它位于偏远地西部澳大利亚地区。以前确定年代要靠陨石坑的宽度来确认在一定的范围内浮动,大概确定亚拉布巴的“年龄”在11亿到26亿年之间。在2003年,第一个证实亚拉布巴陨星坑是一个“高龄”陨石坑的团队提供出了一个较为精确的年代,大概在26亿年前,亚拉布巴诞生了,不过这个团队认为亚拉布巴陨星坑不应该在这个年代诞生。但是依据Nature Communications的研究来看,这个估算真的是太正确了。

埃里克森和他的同事们为了确定亚拉布巴陨石坑的年代,从最大的侵蚀坑中提取那些被冲击成碎块的矿物来进行分析。说得具体一点,他们分析了在那次陨星坑形成时的撞击中再度结晶的锆石和独居石,也因此外界称之为“团队震碎了矿物。”

埃里克森在邮件中向 Gizmodo解答说:“锆石和独居石是两类最为常见的铅铀地质学时钟,因为它们的晶体结构可以在结晶状态中与铀结合却不与铅结合。并且铀会以已知的速率衰变为铅,我们可以通过铅与铀的比例来确定年代。”

澳大利亚发现世界上已知最古老的陨石撞击坑-第2张图片-IT新视野

团队使用了一种独有的方法,来谨慎地识别出小行星撞击后的再结晶部分的矿物。

艾瑞克森表示:“越地小行星平均每秒钟飞行15公里的距离之后才会被摧毁,相当于每秒钟飞行9.3英里。小行星撞击地面之后甚至会造成高温和超大的气压。这些条件就会使锆石和独居石发生重结晶,晶体中的铅就会析出,就好像将时钟归零一样。将那些重结晶的部分当做目标区域来进行检测,就可以确定撞击的年代了。”

这个办法使我们有了一个相对来讲较为精确的陨星坑年代——22.29亿年,大概存在着上下浮动500万年的模糊范围。

更有趣的事情是这次测量出来的年代和“雪球化地球”的那一次冰期结束的时间相一致!

模型展示了小行星撞击后的欧洲大陆冰盖和下面覆盖的岩石Image: T. M. Erickson et al., 2020/Nature Communications

“大概在24亿年前,植物开始进行光合作用,通过其光合作用的产物改变了地球的大气环境状况。大气中的二氧化碳、甲烷和氧气的含量开始大幅度的提升。22亿年前到24亿年前地球表面的冰川沉积证实了风化使地球表面冷却了下来。”艾瑞克森说道。

因为亚拉布巴陨石坑和这些最新的冰川沉积年代相一致,研究人员决定模拟一次陨石撞击。模拟出70公里宽的冰盖破裂的场景。包括模拟出撞击导致水蒸气蒸发的情形。这次研究的结果表明,撞击会向天空中排放蒸发出的87万亿到5000万亿的水蒸气。这会对气候产生出自不待言的影响。

艾瑞克森告诉记者:“我们假设亚拉布巴陨星撞击在冰盖上会产生出大量水蒸气,这些水蒸气能产生温室效应,甚至比二氧化碳更有效。”艾瑞克森又补充道:“如果水蒸气在大气中存在的时间足够长,就会使地球的大气环境变暖,然而还需要更多的模型来证实这是否是暖化地球表面的可行机制。”

尽管陨星撞击或许会结束地球的冰川时代,但是需要更多的研究来阐明它在地球气候变化中的角色及其对气候的长期影响因素。

有了一个振奋人心的研究方向——科学家们如何给小行星或者陨星坑来进行断代。因此地质学家们需要继续研究更古老的陨星坑。这或许会揭示更多关于我们这颗星球的古老历史。

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