這顆隕石的光顧在格林蘭冰架西北部留下了一個(gè)直徑31千米的巨型隕坑，雖然遠(yuǎn)沒有傳說中6500萬年前引起白堊紀(jì)大滅絕的墨西哥?？颂K魯伯隕石坑規(guī)模那么大（直徑近200千米），但也足以對當(dāng)時(shí)北半球的氣候造成極大影響。

隕石撞擊地球北極的情景還原。來源：Natural History Museum of Denmark， Cryospheric Sciences Lab， NASA Goddard Space Flight Center　　然而，這個(gè)隕石坑一直以來都默默地躺在格陵蘭Hiawatha冰川厚厚的冰層之下，直到近期，才被丹麥哥本哈根大學(xué)的Kj?r等團(tuán)隊(duì)合作發(fā)現(xiàn)，使它成功晉級地球已知最大隕石坑的top25，并登上了2018年11月的《科學(xué)·進(jìn)展》雜志[1]。

新發(fā)現(xiàn)的隕石坑位置。來源： NASA NSIDC & Natural History Museum of Denmark　　茫茫冰原，要如何找到坑？

　　說起來，撞擊事件已經(jīng)過去了數(shù)萬年，Hiawatha冰川區(qū)域的表面早已被冰層完全覆蓋，從外觀上完全看不到明顯的隕石坑形態(tài)，科學(xué)家要如何判斷隕石坑的存在呢？

　　與前段時(shí)間發(fā)現(xiàn)于芬蘭湖底的隕石坑情況類似（驚！科學(xué)家新發(fā)現(xiàn)一個(gè)曠世之“坑”！地球上，這種坑為啥這么難找？），肉眼觀察肯定不行，必須借助特殊的手段來“慧眼找坑”了。

　　這次的Kj?r團(tuán)隊(duì)，就是通過1997-2016年的多次機(jī)載雷達(dá)觀測資料，成功地“透視”了冰原表面，在冰層之下找到了一個(gè)圓形洼陷。

機(jī)載雷達(dá)觀測冰下地形并找到隕石坑洼陷的示意圖。來源：NASA[2]，壓制：尞祡　　雷達(dá)數(shù)據(jù)顯示該洼陷坑直徑約31千米，深約300多米，坑中央有略微的隆起以及零星中央峰的痕跡，這和大型撞擊坑在高壓撞擊之后常有的巖石回彈特征吻合。

　　除了隕石坑，冰下還保留了兩條古老河道的遺跡：2條約5千米寬，500米深的冰下河道在向下游（北方）流動(dòng)的過程中在洼陷坑的南部匯合，然后沖破洼陷坑的東南緣流入了坑內(nèi)。而在坑的另一側(cè)（下游一側(cè)），還有一個(gè)明顯的小缺口，這是冰流從這里流出的證據(jù)。

（A）Hiawatha冰川的表面地形，（B）Hiawatha冰川下的實(shí)際地形。來源：參考文獻(xiàn)[1]　　如何證實(shí)坑是隕石坑？

　　僅僅是圓形的洼陷地形，并不能證明一定是隕石坑，許多其他地質(zhì)活動(dòng)也可以產(chǎn)生類似的圓形洼陷，比如火山噴發(fā)。那么如何證實(shí)坑是隕石坑呢？

　　那就需要進(jìn)一步找到劇烈沖擊作用的痕跡了——比如一些沖擊變質(zhì)作用的產(chǎn)物（撞擊角礫巖、柯石英、斯石英、微粒鉆石等），而其中最決定性的實(shí)錘，是一種叫作面狀變形構(gòu)造（Planar deformation features，簡稱PDFs）的微觀特征，需要在顯微鏡下才能看到。

　　經(jīng)歷過隕石撞擊引起的高壓沖擊作用的硅酸鹽礦物（通常是石英或長石）晶粒中可能會產(chǎn)生一組或多組平行于不同方向的線性裂隙，平行裂隙之間的間距在十幾到幾十微米量級。

　　這是一種只可能出現(xiàn)在高壓沖擊作用現(xiàn)場的產(chǎn)物。至少在目前的科學(xué)共識里，想要證明地球上的某個(gè)坑是隕石坑，就必須要找到PDFs才算數(shù)。

　　2016年7月，Kj?r團(tuán)隊(duì)前往Hiawatha冰川邊緣對這里的地質(zhì)情況進(jìn)行實(shí)地考察，并對附近三處冰水沉積物進(jìn)行了采樣。

（A）Kurt H。 Kj?r在Hiawatha冰川邊緣的沙地上采集樣本，來源：Svend Funder；（B）三處采集樣本的地方HW12-2016、HW21-2016和HW13-2016（白色箭頭所示），來源：參考文獻(xiàn)[1]　　在這三處樣本中，只有位于冰流出口附近的HW21-2016沙土樣本中發(fā)現(xiàn)了PDFs——這已足夠證實(shí)這個(gè)圓形洼陷確實(shí)是隕石撞擊形成的。

顯微照片（左列）和背散射電子顯微照片（右列）反映出Hiawatha隕石撞擊留下的“歲月痕跡”——PDFs（白色箭頭處）。來源：參考文獻(xiàn)[1]　　格林蘭冰原下發(fā)現(xiàn)的這個(gè)直徑不少于31千米的Hiawatha隕石坑是地球上已知的25個(gè)最大的隕石坑之一，而且還是地球上這一規(guī)模的隕石坑中唯一一個(gè)形態(tài)保存良好，沒有完全被地質(zhì)侵蝕抹平，至今尚能觀察到凹陷地形的隕石坑。

　　如何得知隕石坑的年齡？

　　這個(gè)“深藏不露”的隕石坑，究竟有多少年歷史了呢？

　　判斷一個(gè)隕石坑的形成時(shí)間，最直接的方式是通過放射性元素定年。

　　然而，通過對三處沉積物樣本成分的進(jìn)一步分析表明，HW21-2016樣本之外的其他兩處樣本應(yīng)當(dāng)和當(dāng)時(shí)的撞擊事件無關(guān)；而HW21-2016樣本雖然和撞擊事件有關(guān)，但不太可能來自隕石坑內(nèi)部的撞擊熔融層，而更可能來自撞擊挖掘出的濺射物——也就是說， HW21-2016樣本沉積物沒有經(jīng)歷過撞擊之后的成巖過程（也就是熔融之后再次結(jié)晶），不適合用來通過放射性定年直接判斷Hiawatha隕石坑的形成年齡。

　　但通過其他地質(zhì)證據(jù)，還是可以對Hiawatha隕石坑的大致形成年代進(jìn)行一定的推測，例如：

　?。?）一方面，雷達(dá)觀測數(shù)據(jù)揭示了覆蓋在Hiawatha隕石坑之上厚達(dá)900多米的冰層結(jié)構(gòu)，通過與之前的格林蘭冰芯鉆孔結(jié)果進(jìn)行對比判定不同冰層的形成年代。

　　結(jié)果表明Hiawatha隕石坑之上主要覆蓋了三層不同的冰層：最上層是年輕而且連續(xù)分布的全新世（1.17萬年至今）冰層；而中間和下層是較老的、充滿碎屑而且分布分散的末次冰期冰層（11.5萬年-1.28萬年前）和基層冰層。少量區(qū)域在全新世冰層和末次冰期冰層之間還可以發(fā)現(xiàn)一些新仙女木冰期（1.28萬年-1.17萬年前）的冰層。

　　但也不能因此認(rèn)為Hiawatha隕石坑一定形成于末次冰期之前，因?yàn)檫@些較老的冰可能是隕石坑形成之后從河道里流進(jìn)坑內(nèi)的。

　?。?）另一方面，Hiawatha隕石坑明顯切割了下游（北部）的一些河道，還讓一些河道改變了方向，因此Hiawatha隕石坑應(yīng)當(dāng)形成于這些河道之后，而這些河道據(jù)推測應(yīng)當(dāng)形成與更新世開始（260萬年前）之前。

　?。?）再加上Hiawatha隕石坑至今還沒有被各種侵蝕作用所抹平，Kj?r團(tuán)隊(duì)傾向于認(rèn)為Hiawatha隕石坑應(yīng)該相當(dāng)年輕，最起碼不太可能早于更新世開始（260萬年前）的時(shí)候。

　　真·冰與火之歌

　　你可能會問，砸出這么大個(gè)坑的“肇事隕石”究竟是何來頭？雖然隕石的主體早就灰飛煙滅，但依然會留下些“蛛絲馬跡”——

　　Kj?r團(tuán)隊(duì)通過分析HW21-2016樣本發(fā)現(xiàn)，它們富含鎳、鈷、鉑系元素等親鐵元素，于是排除了碳質(zhì)球粒隕石、普通球粒隕石、頑火球粒隕石等巖質(zhì)隕石的可能性，而是指向了更為罕見的鐵隕石——表明當(dāng)時(shí)的撞擊體是一顆鐵質(zhì)小行星或者小行星碎片。

　　這個(gè)小行星多大呢？根據(jù)隕石坑的大小推斷，如果這顆隕石是砸在普通地表，它的直徑大約有1.5千米，以時(shí)速幾十千米每秒撞擊地表，釋放出相當(dāng)于4700萬顆廣島原子彈的能量（不過很大一部分能量都傳入了地下）。

　　但在更新世開始時(shí)，格林蘭冰原應(yīng)當(dāng)也已形成，Hiawatha一帶絕大部分時(shí)間都被冰層所覆蓋。所以更加可能的情況是，這個(gè)鐵隕石是撞在冰層之上的。如果是這樣的話，那么實(shí)際的撞擊體和撞擊規(guī)模都應(yīng)當(dāng)比前面的估計(jì)還要大。

　　也就是說，在幾萬到200多萬年前的格林蘭島上，很可能曾經(jīng)發(fā)生過這樣壯觀的場景：一個(gè)直徑1.5千米以上的鐵隕石從天而降，高速撞向了格林蘭冰層。

隕石撞擊冰原的情景還原。來源：NASA[3]，壓制：尞祡　　撞擊迅速釋放了大量的能量，產(chǎn)生了劇烈的光和熱，融化和氣化了附近的一大片冰層和巖石，并最終形成了如今格林蘭冰原之下的這個(gè)大型隕石坑。

隕石撞擊冰原之后的情景還原。來源：NASA[3]，壓制：尞祡　　濺射物和氣化的巖石經(jīng)過空中傳播到更遠(yuǎn)的地方，而大量融化的冰水則流入了北大西洋。

格林蘭冰原融化的情景還原。來源：NASA[3]，壓制：尞祡　　之后，這場冰與火的交鋒慢慢歸于平靜，留下的隕石坑也再次被冰層所覆蓋，直到這次被人類發(fā)現(xiàn)。

格林蘭冰層下的隕石坑。來源：NASA[2]，壓制：尞祡　　可以說，研究者們通過本次發(fā)現(xiàn)，還原了一場發(fā)生在數(shù)百萬年前地球北極的壯烈“冰與火之歌”。不過，這個(gè)新發(fā)現(xiàn)的Hiawatha隕石坑背后依然有很多謎題——它確切的形成時(shí)間是什么時(shí)候？它的形成對北半球造成了多大程度的影響？它的撞擊濺射物哪里去了？為什么在之前格林蘭冰原多處冰芯鉆孔記錄中都沒有發(fā)現(xiàn)過……

　　這些問題都需要科學(xué)家們展開進(jìn)一步調(diào)查研究來解答。我們期待他們可以通過后續(xù)研究帶給我們精彩的答案。

鐵隕石撞上格林蘭冰架，奏響一場真實(shí)的“冰與火之歌”（假想圖）。來源：Carl Toft

文章轉(zhuǎn)載自新浪新聞