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依兰陨石坑,是继岫岩陨石坑之后我国境内发现的第二个获得国际认可的陨石坑。
“如果说宇宙中固态星球有什么共同点的话,毫无疑问,都存在陨石坑算是其中之一。”采访伊始,中科院广州地化所研究员陈鸣做了个小科普。近日,国际期刊《陨石学与行星科学》封面文章发表了有关依兰陨石坑的论文。论文由中科院广州地化所与奥地利维也纳大学的科学家联合撰写,陈鸣为第一作者。
陨石坑是许多固态星球表面广泛分布的一类环形地质构造,经由星球之间的超高速碰撞形成“吻痕”。迄今地球上共发现并证实了多个陨石坑。
我国自上世纪80年代开始了陨石坑的调查,其间,有多地报告发现了陨石坑,但是在世界的陨石坑“地图”上,长期没有中国陨石坑的记载。
直到年,国际权威学术期刊《地球与行星科学通讯》发表了陈鸣等人有关岫岩陨石坑中柯石英发现的论文,国际陨石坑科学界最具影响力的学术机构PASSC(地球撞击数据库)收录岫岩撞击坑,使其成为地球第个获得证实的陨石坑。这意味着,国内首个被严格证实的陨石坑获得国际科学界的肯定,中国人在国际陨石坑地图上点亮属于中国的那盏灯。
许多人劝他激流勇退,但他依然执着地坚持艰苦的探索。这几年,他又为寻找依兰陨石坑的证据南北奔波。
“我不是一个非常聪明的人,只是集中精力做了一件事情。研究过程没有捷径,也曾遇到过很多问题,幸好,我都坚持下来了。”谈及15载的寻“坑”之旅,陈鸣说。
依兰陨石坑,或是地球近十万年来最大规模陨石撞击坑。
陨石只是陨石坑研究辅助证据?
关于陨石坑的采访,从依兰县去年春天筹备专业钻探算起,陈鸣推迟了一年多。即便是团队论文《依兰陨石坑:我国东北部一个新发现的撞击构造》已在《科学通报》上发表,他依然十分谨慎。
直到最近,陈鸣给出肯定答复:“现在可以说,依兰陨石坑研究基本成功。”
位于黑龙江省依兰县迎兰乡低山丘陵的陨石坑,外观展现为一座十分壮观的巨大环形山,直径米,坑缘高出地表米,坑体总体呈现为碗状形态,部分坑缘缺失。之前,有一些国内陨石坑爱好者认为这里可能是陨石坑,但一直未被科学地证实。
陨石坑是不是找到陨石就可以证实了呢?
“在较大规模陨石坑中要找到陨石难度极大。陨石撞击释放出来的巨大能量、超高温超高压的环境导致撞击体发生强烈破碎、熔融与气化,即使当初有少量碎片残存,但它们也会在漫长的地质岁月中,由于物理和化学风化作用而不复存在或难以寻找。”陈鸣说。
显微镜下矿物冲击变形微结构痕迹。
而且更为重要的是,在陨石坑研究中,陨石通常不是作为关键证据,而是辅助证据而存在。
“即便幸运地发现了陨石,也不能简单判定它就是因为撞击在此处残留下来的,还要排除其他自然或人为原因。”他进一步解释,陨石坑是中文的翻译,在学术界一般被称为“撞击坑”,经由天体之间超高速碰撞形成,且有一定的规模,根据“陨石超高速撞击事件可以在靶区岩石和矿物冲击效应中得到体现”这一理论,撞击坑与其他非撞击成因环形地质构造的最重要区别就在于前者体现了岩石和矿物的冲击变质特征,岩石震裂锥以及冲击变质三大诊断性证据(矿物面状变形页理、矿物高压多形和矿物击变玻璃)是证实陨石坑的关键,矿物冲击变质特征一定存在于所有陨石坑。
陈鸣团队前期将陨石坑冲击变质特征研究重点放在了对石英面状变形页理(PDFs)的调查,石英中PDFs形成要求冲击压力达到10—35GPa,相当于10-35万个大气压,在地表这种条件只会由天体撞击中产生。
依兰陨石坑的侏罗纪基底岩石为碱性长石花岗岩,花岗岩的石英含量约占35%。丰富的石英含量为调查撞击产生的冲击波效应提供了理想的样品。在个地表岩石碎屑样品制作的光薄片中,54个薄片发现了含有石英面状变形页理(PDFs)的石英颗粒。
找到了这一关键证据,陈鸣仍不满足,“只要发现冲击变质三大诊断性证据之一,就基本可以肯定地质构造成因与地外天体梯撞击事件有关。那我要是全部找到,或者找到更多呢?”他决定打破砂锅问到“底”,到碗状陨石坑的碗底去寻找更多证据——与依兰陨石坑规模大小相似的陨石坑中的强烈冲击变质物质,通常大量产出在坑底撞击角砾岩单元的底部位置。他决定启动科学钻探。
“撞击后,依兰陨石坑曾形成一个湖,经过14C年龄测定,湖泊在约1万年前消失。我们通过钻探,找到了湖相沉积物的下伏物质——角砾堆积。堆积层非常厚,超过了米,也非常破碎,钻头在松散的沙层和砾石层里打转,钻孔有崩塌的危险。这些都表明当时的撞击能量很大。”陈鸣说,“在比预想的更深更碎的角砾堆积中钻探,有喜也有忧,喜的是这一步证明了导致深坑形成的威力,忧的是钻探很难进展以及影响岩芯取样,取不了样就难以找到更多的证据。”
“结合钻探研究揭示,约4.9万年前,撞击冲击波将超4亿立方米花岗岩体瞬间撕成碎片并形成巨大凹坑,真实深度约米,这或许是地球近十万年发生的最大规模撞击事件。”陈鸣说。
大学学“机密专业”为何入“坑”?
在拥有放射性地质知识背景的科技工作者中,很多都选择核工业作为研究或工作方向,陈鸣却最终走上了陨石坑研究这条路。
他出生在广东省封开县。恢复高考后,由于已是中共党员,在志愿栏里又填写了服从分配,他被当时政治要求极严的成都地质学院的“机密专业”提前批录取了。
等到了学校,他才知道,所学习的是核工系的“放射性地质专业”。年,他获得中国科学院地球化学研究所博士学位,师从谢先德院士——在我国首次地下核试验场的选定及爆后效应研究,以及我国首次地面成坑核试验的地质效应研究中做出重要贡献,并在国内率先开展天体矿物学和动态超高压矿物学研究的科学家。
年,在谢先德的指导下,陈鸣提出了对自然界巨大撞击事件导致矿物岩石物质组成和结构变化与撞击引起的压力和温度条件之间关系的新解释,修正了国际上统领了几十年的冲击变质压力温度模型。
陈鸣的研究引起了美籍华裔地质学家赵景德的注意。
老人毕业于西南联大,是国际冲击变质科学的主要奠基人之一,曾通过石英的高压多形——柯石英的发现,促使世界上第一个陨石坑——美国巴林杰陨石坑被科学界公认。
年,赵景德邀请正在美国卡内基地球物理实验室开展合作研究的陈鸣到家中做客。“进入21世纪,随着科学和社会的发展,中国的撞击坑研究需要尽快取得一个合理的结果,一个能让国际科学界接受的答案,要力争取得研究的进展和突破。中国是地质大国,如果陨石坑研究一直没有突破,在世界上说不过去。你是不是考虑一下,回去以后做做这个工作?”
赵景德的话对陈鸣触动很大。陈鸣虽然参与过陨石冲击变质领域的研究,但这只是与陨石坑研究主题相关的一些其他内容,他也不太愿意放弃当时不断取得新进展的冲击变质领域研究。
第二年,赵景德再次邀请陈鸣到家中做客,老人问他:“这一年考虑得怎么样?再不做,到你50岁的时候可能就做不了了。”经过三年的长考,陈鸣决定必须面对“这在中国是个空白,科学上有必要也有义务去做”,他用一年把手头的研究工作收尾,年开始入“坑”。
年,陈鸣团队在辽宁岫岩县发现我国首个陨石坑并被国际认可。
地质大国一个陨石坑也没发现?
我国国土面积辽阔,有多样类型的大地构造单元,这让人们对于中华大地的陨石坑分布状况有着极大的遐想空间。一直没有证实,让国际地球与行星学界对中国能否发现陨石坑高度
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