与时间赛跑：地球上最古老的陨石坑正在消失
与时间赛跑：地球上最古老的陨石坑正在消失
（z化石网）据cnBeta：地球上最古老的陨石坑有可能为科学家提供有关早期地球结构和太阳系天体组成的重要信息，并为解释其他行星上的陨石坑记录提供启示。然而，正如最近的一项研究表明的那样，这些古老的陨石坑对于地质学家来说仍然难以捉摸，而且可能永远也找不到。
这项研究发表在2023年8月1日的《地球物理研究行星学报》（Journal of Geophysical Research Planets）上，这是AGU研究太阳系内外行星、卫星和天体形成与演化的权威期刊。
地质学家已经找到了35亿多年前撞击的证据，如抛射物（撞击后抛向远方的物质）、熔化的岩石和高压矿物。但是，如此久远之前的真正陨石坑仍然难以捉摸。地球上已知最古老的撞击结构，也就是科学家们所说的这些巨大的陨石坑，只有大约 20 亿年的历史。我们缺少了 25 亿年前的巨型陨石坑。
南非西开普大学行星科学家马修-休伯（Matthew S. Huber）是研究撞击结构的科学家，他领导了这项新研究。
"休伯说："我们所拥有的古老结构能够保存下来几乎是一种侥幸。"如果我们拥有这些更古老的陨石坑，我们就能回答很多问题。但这是地质学中的正常现象。我们必须用现有的东西来编故事。
巨型陨石坑"是如何形成的。休伯等人发现，中央隆起处的地球物理特征是经过 10 公里侵蚀后留下的全部痕迹。资料来源：Bevan M. French/David A. Kring/LPI/UA, USRA 提供。
地质学家有时可以利用地震成像或重力测绘等地球物理工具发现隐藏的陨石坑。一旦确定了潜在的撞击结构，他们就可以寻找撞击过程的物理残留物来确认其存在，例如喷出物和撞击矿物。
休伯和他的团队面临的最大问题是，在最后的地球物理痕迹消失之前，陨石坑有多少面积会被侵蚀冲走。地球物理学家认为，10 公里（6.2 英里）的垂直侵蚀甚至可以抹去最大的撞击结构，但这一临界值从未在实地进行过测试。
为了找出答案，研究人员挖掘了地球上已知最古老的撞击结构之一：南非的弗雷德福特陨石坑。该结构直径约 300 公里（186 英里），形成于大约 20 亿年前，当时一个直径约 20 公里（12.4 英里）的撞击器猛烈撞击地球。
陨石坑中心周围的重力斜坡显示出轻微的牛眼图案，但在更远的地方，信号就随着时间消失了。资料来源：Huber 等人（2023 年），JGR 行星
撞击者携带巨大的能量前来，地壳和地幔在撞击发生的地方隆起，留下了一个长期的圆顶。在离中心较远的地方，岩脊突起，矿物发生变化，岩石融化。然后，时间顺其自然，在 20 亿年的时间里，从地表向下侵蚀了约 10 公里（6.2 英里）。
如今，地表只剩下约翰内斯堡西南部的半圆形低矮山丘（标志着该结构的中心），以及一些较小的撞击痕迹。地幔隆起造成的"牛眼"出现在重力地图上，但在中心之外，缺乏撞击的地球物理证据。
休伯说："这种图案是最后还能探测到的地球物理特征之一，只有规模最大的撞击结构才会出现这种情况。由于只剩下结构的最深层，其他地球物理痕迹已经消失。"
但这没有关系，因为胡贝尔想知道，从矿物学和地球物理学的角度来看，这些深层结构对于记录古代撞击有多可靠。
"侵蚀使这些结构自上而下地消失，"休伯说。"因此，我们从下往上进行研究。"
研究人员对 22 公里（13.7 英里）横断面上的岩芯进行了取样，并分析了它们的物理特性，寻找受撞击和未受撞击岩石在密度、孔隙度和矿物学方面的差异。他们还模拟了撞击事件及其对岩石和矿物物理的影响，并将其与他们在样本中看到的情况进行了比较。
对于寻找地球上最古老的陨石坑来说，他们的发现并不令人鼓舞。虽然还残留着一些撞击熔体和矿物，但通过地球物理透镜观察，弗赖德福特结构外脊的岩石与周围的非撞击岩石基本上没有区别。
休伯说："这并不是我们所期望的结果。即使有区别，也是非常微弱的。我们花了一段时间才真正弄明白这些数据。十公里的侵蚀和所有撞击的地球物理证据都消失了，即使是最大的陨石坑也是如此，这证实了地球物理学家之前的估计。"
研究人员及时发现了弗赖德福特；如果再发生更多的侵蚀，撞击结构将不复存在。找到20多亿年前被掩埋的撞击结构的几率很低。
要想让一个 Archean 时期的撞击坑保存到今天，它必须经历非常不寻常的保存条件。但是，地球上充满了不寻常的条件。因此，也许在某个地方会有意想不到的东西，所以我们需要继续寻找。
