难以记录小行星撞击地球的历史有大量陨石坑

月球东侧撞击盆地地形图。研究人员说，他们通过比较月球上陨石坑的年龄和地球上陨石坑的年龄，发现大约2.9亿年前小行星撞击地球的频率激增，这一发现违反了科学惯例。不过，并不是每个人都相信这些证据。

研究地球上古老陨石坑的科学家们面临一个问题：侵蚀。风化作用、火山作用、构造作用和其他地质作用已经扫除了地球上最古老的陨石坑的痕迹，使科学家们难以记录小行星撞击地球的历史。

1月17日发表在美国《科学》杂志上的一项新研究表明，拥有大量陨石坑的月球可以提供帮助。

地球和月球在太阳系的历史上经历过类似的小行星撞击率。但与地球不同的是，月球不受同样的侵蚀过程的影响。因此，月球表面保留了其撞击历史的长期记录。如果这些月球环形山可以确定年代，那么就有可能重现地球历史上的撞击速度。

月球上大于10公里的陨石坑，它们形成的时间少于10亿年。多伦多大学地球科学系的萨拉·马兹鲁伊领导的一个研究小组，通过使用一种新技术，从远处测定月球陨石坑的年代，成功地完成了这一任务。这项技术使他们能够测定直径大于10公里、年龄小于10亿年的月球陨石坑的年代。

这项研究得出了两个重要的发现，这两个发现都挑战了地球撞击记录的传统观念。

首先，在大约2.9亿年前，古生代末期，恐龙出现之前，地球的撞击率增加了2.6倍，或者说增加了2到3倍。第二个重大发现是超过6.5亿年的陆地环形山几乎完全消失。根据研究人员的说法，这种缺失表明在那个时候附近发生了大规模的全球范围的侵蚀事件。这个事件是雪球假说，那时地球即使不是全部也是大部分都被冰覆盖着。

自2.9亿年前以来，撞击月球和地球的频率大幅上升，这一观点与传统思维相悖。从理论上讲，随着太阳系形成过程中遗留下来的碎片逐渐消散，小行星撞击地球的速度应该会降低，而不是增加。这项新研究的作者提出了一个重大的主张，这个主张需要必要的重大证据。事实上，很多专家并不完全相信这篇新论文，他们说，它依赖于太多的假设，研究方法不够有说服力，还需要更多的证据来支持这些说法。

到目前为止，马兹鲁伊团队使用的是美国宇航局月球勘测轨道飞行器收集的热数据和图像。月球勘测轨道飞行器上有一个叫做占卜者的装置，它通过测量月球表面发出的热量来提供这些数据。晚上，石头比细土释放更多的热量，使占卜者能够进行占卜。月球上年轻的陨石坑周围都是巨大的岩石，这是很偶然的。

马兹鲁伊团队指出，撞击后形成的火山口可以挖掘出大量的岩石。由于进一步的微陨石轰击，陨石坑周围的岩石最终变成了风化层或者月球上的沙子，这个过程大约需要10亿年。随着陨石坑的年龄增长，它们变得不那么坚硬。马兹鲁伊团队利用这种关系得到了月球陨石坑的年龄。

通过这项技术，研究人员能够收集所有月球环形山的年龄，这些环形山的年龄都小于10亿年。当然，这是一个相当耗时的过程。

马兹鲁伊团队花了几个月的时间绘制了所有年轻的月球陨石坑的地图。“当我五年前开始攻读博士学位时，我就开始了这个项目。我们必须检查我们的数据和方法，以确保它们是可靠的。大约两年后，当我们开始比较月球陨石坑和陆地陨石坑时，我们看到了一些非常有趣的结果。当我们提交论文时，我们必须向多名审稿人证明，我们已经解释了地球上稳定地形上的所有地表环形山。”马兹鲁伊如是说。

月球上一些年轻陨石坑的图片。如前所述，马兹鲁伊和她的同事将月球陨石坑的年龄与地球陨石坑的年龄进行了关联。科学家普遍认为是地球的许多陨石坑抹去了地质过程，但通过对比月球陨石坑地面，马兹鲁伊和她的同事们发现，对于那些直径大于20公里、年龄小于6.5亿年的大型陨石坑来说，地球撞击陨石坑的完整记录确实存在。然而，需要明确的是，这只适用于稳定地形上的陨石坑，不包括海洋、亚马逊河等地区。

这些数据揭示了大约2.9亿年前撞击的频率高峰，同时它也揭示了其他有趣的发现。

通过重新评估地球撞击记录，研究人员发现在3亿到6.5亿年前的前寒武纪，地球上缺少陨石坑。根据这项研究，陨石坑的这种惊人的缺失，不是侵蚀的结果，而是在这一历史时期小行星撞击率减少。

数据还显示，大约6.5亿年前的前寒武纪，陆地环形山数量急剧减少。这也是一个惊喜，但是正如作者在研究中所写的，有一个可能的解释：

考虑到6.5亿年前大陆地形的侵蚀速度，更早时期的类似情况可能会让大多数前寒武纪时期的陨石坑留存下来。相反，前寒武纪陨石坑的稀少，与全球范围内大规模的“雪球地球”冰川期的主要时期是一致的。普遍的冰川下侵蚀大约发生在6亿5千万到7亿2千万年前，据认为已经从大陆上清除了数公里的物质，足以抹去大部分现存的陨石坑。

这是一种很吸引人的可能性，也是支持雪球地球假说的进一步证据。

在过去的2.9亿年里，陨石坑的形成比恐龙时代之前高出了2到3倍。但是马兹鲁伊给出了一个合理的解释：

“撞击率的增加可能是由于主要小行星带发生了一次大的解体事件。当两颗大型小行星相撞时，它们会在撞击地点附近产生一群碎片。它们最终会进入穿越地球的轨道，其中一些最终会撞击月球和地球。”

这次撞击高峰的时间非常有趣，不仅是从天文角度来看，这对地球的历史也有影响。最大的灭绝事件之一发生在大约2.5亿年前，即二叠纪-三叠纪大灭绝，发生在小行星撞击地球频率增加之后不久。

“然而，我们不能说这和这次事件是否有联系。”马兹鲁伊澄清说，“我们的工作为其他科学家探索这个问题以及是否存在相关性奠定了基础。”

“至于年地球是否比3亿年前更容易受到小行星撞击，我们无法从数据中得出结论。目前，根据我们的数据，我们可以说，在过去2.9亿年里，撞击率增加了。”马兹鲁伊说，但她的研究小组还不能区分出只有一次撞击、多次撞击，还是撞击率还在增加。

可以追溯到2亿年前的加拿大马尼努阿甘火山口。“我认为他们的分析是合理的，他们为小行星撞击率的增加提供了一个令人信服的理由。”科罗拉多州博尔德西南研究所的首席科学家西蒙·马基如是说。考虑到不确定性，精确的增幅可能不是那么确定，但根据现有数据，2.6倍的提议似乎是合理的。西蒙·马基说，观测到的这种增长并不是不可理解的，他同意这可能是主带小行星解体的反应。

科廷大学科学与工程学院高级研究员亚伦·卡沃西说，这篇论文关于古生代后陨石坑形成速度的结论可能是准确的，但由于是模型驱动的，该研究未能提供足够的地质证据。更重要的是，他说研究人员在某种程度上是基于没有根据的假设上工作的，即月球是“地球上陨石坑的可靠记录”。

“这可能是真的，但很难证实。”卡沃西说。“评估他们的模型的最好方法是获得更好的陆地陨石坑的年龄和大小估计值。这是我们能够进行实地研究并应用高精度方法的唯一记录。但显然，在月球上进行实地工作有点难度。”

卡沃西说，最近发现的直径超过10公里的古生代后陨石坑，似乎与他们的模型一致，并补充说，未来发现的更古老的大型陨石坑将对其提出质疑。

普渡大学地球、大气和行星科学的杰出教授杰·梅洛许说：“总的来说，虽然小行星撞击地球的数量大幅增加的想法很有趣，但我不认为作者引用的数据有力地支持这篇论文的结论。研究报告的作者认为，地球上在大约3亿年前没有陨石坑。然而，地球上任何年龄层的陨石坑都不太多，目前已确认的陨石坑大约有个，而且超过3亿年的岩石面积相对较小，因此它们处理的是小数字的统计数据，这是出了名的不确定过程。”

梅洛许争论的另一个问题是研究人员如何测量月球环形山周围岩石的降解速率。他说，他们没有直接测量巨石的大小，而是根据日落后陨石坑周围冷却或上升时变暖的速度来推断其降解速度。巨石通过微小的陨石以恒定的速度破碎正是这个假设。他说，完全有可能的是，随着巨石变得越来越小，其退化速度也在加快。

“毕竟，较小的岩石分解所需的能量较少，这可以解释3亿年前环形山周围没有巨砾的原因，作者认为这意味着这些环形山要古老得多。”梅洛许说，“的确，我不认为这个案例得到了证实，也不认为它是不可信的，在我看来，数据根本不足以有力地支持他们的论点。”

至于说冰移除了大部分前寒武纪陨石坑的想法，卡沃西说这是一个有趣的可能性。研究人员证明了时间上的巧合和一种可能的机制，但这不能证明因果关系。更重要的是，我们已知有二十多个前寒武纪陨石坑存在，而不是新研究中描述的两个。他说，陨石坑的破坏是由侵蚀作用造成的，这就形成了一种矿物的沉积记录。如果古老的冰川“吸走”了地球上的火山口，那么这一时期的沉积物应该会在矿层处破裂。所以这是一个可证实的假设。

马兹鲁伊和她的研究小组提出了一项有趣的新研究，但很明显，要巩固他们的观点还需要更多的工作。重建小行星撞击地球的记录是很重要的，这不仅有助于理解地球的地质历史，也有助于更好地理解这些灾难性撞击对地球生命轨迹的影响。