这次撞击形成了如今被称为银坑陨石坑的结构,这是一个深埋于海底的巨大构造。尽管科学家在2002年首次发现了它,但其起源一直存在激烈的争论,一些研究人员认为这归因于地质过程,而非来自太空的物体。
位于爱丁堡的赫瑞瓦特大学由乌斯迪恩·尼科尔森博士领导的研究团队,现已提供了迄今为止最有力的证据,证明银坑是由小行星或彗星形成的。通过结合先进的地震成像、岩石样本的微观检测以及计算机模拟,科学家们重建了这一剧烈事件,并鉴定出只有在极高压力下才能形成的矿物。
这些发表在《自然·通讯》上的发现,确立了银坑作为地球上相对少数已确认的陨石坑之一的地位。
北海海底的神秘陨石坑
银坑陨石坑位于北海南部海底以下约700米深处,距离英格兰约克郡海岸约80英里。陨石坑本身直径约3公里,周围环绕着大得多的、宽达20公里的环形断层带,这些断层是岩石中发生过运动的破裂面。
当科学家在2002年首次识别出这一构造时,其几个特征表明它是由小行星或彗星的高速碰撞形成的。
它近乎圆形的轮廓、隆起的中央峰以及周围的环形断层,与其他撞击点发现的结构相似。当岩石被强烈的碰撞压缩后向上反弹时,就会形成中央峰,这有点像物体溅入水池后水在中心升起的方式。
然而,并非所有人都信服。
一些地质学家提出,这种不寻常的构造是由地下盐层运动造成的,盐层运动会使其上方的岩层变形。另一些人则认为,火山活动导致部分海底坍塌,产生了一个看起来只是像陨石坑的构造。
这种分歧持续了多年。2009年,地质学家甚至对这两种竞争性的解释进行了投票,正如《地质学家》杂志所记录的那样。大多数参与者否决了小行星撞击假说。
最新的发现表明,撞击解释是正确的。
科学家发现古小行星撞击的铁证
这一突破来自于将新获取的地震图像与从海底回收的微观证据相结合。
地震成像使地质学家能够通过分析声波在不同岩层中的传播方式来探测隐藏在地下的结构。这项技术可以揭示那些无法直接观测的埋藏断层、陨石坑和其他构造。
利用改进的数据,尼科尔森及其同事以前所未有的细节对银坑的内部结构进行了检测。
但最具决定性的证据来自在陨石坑附近一口油井收集的岩石碎屑中发现的微小矿物晶体。
赫瑞瓦特大学能源、地球科学、基础设施与社会学院的沉积学家乌斯迪恩·尼科尔森博士说:“新的地震成像让我们以前所未有的方式观察到了这个陨石坑。
“该地区一口油井的样本还在与陨石坑底部相同的深度揭示了罕见的‘冲击’石英和长石晶体。
“我们非常幸运能找到这些——这真的是一次‘大海捞针’般的努力。它们毫无疑问地证明了陨石坑假说,因为它们具有一种只有在极端冲击压力下才能产生的组构。”
冲击矿物尤为重要,因为它们的内部晶体结构已经被巨大的压力所改变。当小行星以极高的速度撞击并产生穿过周围岩石的强大冲击波时,就会发生这种变化。
普通的地质过程通常无法产生这些独特的微观特征。在与陨石坑底部相同的深度发现这些特征,为发生过极其猛烈的撞击提供了强有力的物理证据。
一颗160米长的小行星引发了巨型海啸
在确定了陨石坑的起源后,研究人员利用数值模型(即基于物理定律的计算机模拟)重建了碰撞过程中发生的事情。
他们的结果表明,一颗直径约160米的小行星从西方逼近,并以较小的角度撞击海底。
尽管比与恐龙灭绝相关的小行星小得多,但在宇宙速度下运行时,这种大小的物体仍能释放出巨大的能量。
根据模拟,撞击剧烈地排开了大量岩石和海水,在物质塌落回海洋之前形成了一道高耸的碎屑幕。
尼科尔森博士说:“我们的证据表明,一颗宽160米的小行星从西方以低角度撞击了海底。
“在几分钟内,它制造了一道1.5公里高的岩石和水幕,随后塌入海中,产生了超过100米高的海啸。”
这意味着碰撞将物质抛向了近一英里的高空,然后落回海中,产生了比30层楼还高的海啸。
与普通的风浪不同,海啸涉及巨量水体的移动。当突发扰动(如地震、海底滑坡或小行星撞击)快速排开其上方的水体时,通常会引发海啸。
银坑海啸的估计高度来自于对古代撞击的计算机建模,而非直接观测。尽管如此,这一重建过程说明了即使是相对较小的小行星撞击海洋也会具有极大的破坏性。
一场持续数十年的科学辩论终于尘埃落定
对于伦敦帝国理工学院的加雷斯·柯林斯教授来说,这一发现为他亲眼目睹的争议带来了令人满意的结论。
柯林斯参与了2009年关于银坑起源的辩论,并为这项新研究贡献了数值模拟。
柯林斯教授说:“我一直认为撞击假说是最简单的解释,并且与观测结果最为一致。
“最终找到了铁证,这非常令人欣慰。我们现在可以着手进行这项激动人心的工作,利用这些惊人的新数据来了解更多关于撞击如何在地下塑造行星的信息,这在其他行星上是非常难做到的。”
这些发现不仅解决了一场旧有的争论。它们还为科学家提供了一个宝贵的机会,以研究高速小行星撞击造成的地下破坏。
由于银坑的大部分结构仍被埋藏且保存完好,研究人员可以调查碰撞是如何使周围地质层断裂、位移和重塑的。
这些观测结果可以帮助科学家解释其他星球上的撞击构造,在这些星球上,碰撞的地下效应通常更难探测。
为什么这个罕见的小行星陨石坑很重要
地球在其整个历史中经历了无数次小行星和彗星撞击,但保留下来的可识别陨石坑相对较少。
风化、侵蚀、沉积物沉积和板块构造不断重塑着地球表面。在数百万年的时间里,这些过程可以磨损、掩埋或完全破坏古代碰撞的证据。
因此,像银坑这样保存异常完好的撞击点具有极高的科学价值。
尼科尔森博士说:“银坑是一个罕见且保存异常完好的超高速撞击陨石坑。
“它们之所以罕见,是因为地球是一个充满活力的行星——板块构造和侵蚀破坏了大多数此类事件的几乎所有痕迹。
“陆地上大约存在200个已确认的陨石坑,而在海底仅确认了约33个。
“我们可以利用这些发现来了解小行星撞击在整个历史中是如何塑造我们的星球的,并预测如果未来发生小行星碰撞可能会发生什么。”
超高速撞击发生在物体以极高速度(通常为每秒数公里)撞击时。在这些速度下,即使是直径仅几百米的小行星也能释放出毁灭性的能量。
随着其起源现在得到确认,银坑加入了一个重要水下及掩埋撞击构造的小型群体,包括墨西哥的希克苏鲁伯陨石坑(与消灭非鸟恐龙的大灭绝有关),以及西非海岸外的纳迪尔陨石坑(另一个最近确认的小行星撞击点)。
这些陨石坑共同提供了证据,证明宇宙碰撞在塑造地球的地质和生物历史中发挥了强大作用。
通过研究银坑保存完好的特征,科学家希望更好地了解小行星撞击海洋时会发生什么,周围岩石会如何响应,以及此类事件对未来的地球意味着什么。
该研究由自然环境研究委员会(NERC)资助。