尽管由于地质环境的关系,大部分的证据已经不复存在,但科学家们断定:地球在不断地受到陨石、小行星以及彗星的撞击。
过去二十年来向宇宙的探索,使人们对自己居住的星球有了新的认识。从外层空间看来,地球是一个悬浮在太空中的带有蓝色、白色和棕黄色条纹的圆球。这幅图景可以和现有的任何优秀摄影作品相媲美。尽管火星上的山峡可使科罗拉多大峡谷(Grand Canyon,美国的大峡谷译者注)相形见绌,那儿的火山有珠穆朗玛峰的三倍那么高;然而,科学家们最为惊奇的却是在我们邻近的行星上到处都有巨大的陨石坑,这在地球上却见不到。人们不免要问,这是什么道理呢?
在空间计划实施以前,人们知道只有月亮上面有坑洼。当时的解释很简单,当然是错误的——说是由无数喷射月心岩浆的火山所造成的。根据望远镜观察,一位天文学家看出月亮上竟有30,000个坑洼。六十年代的阿波罗计划的主要目标便是为了证实月亮上的坑洼是否确实由火山造成。月海表面虽然充满了玄武岩,似乎还是有熔岩从月心涌出,在沟隙里静静地流动着。但目前还没有考证出由火山爆发所形成的岩坑,与此相反,月球上的坑坑洼洼和金星、水星一样,主要也是由宇宙物体——陨石、小行星、彗星体的撞击所引起的。现在,只证明,火星上的许多坑洼才是由火山爆发引起的。
倘若月球和其他行星遭到了轰击,地球怎么会幸免呢?答案是,地球确实也遭到轰击,不过由于地球的特定环境,留下的痕迹已经差不多全都不存在了。在46亿年以前,当太阳系形成的时候,地球所具有的重力场可以同时吸引大气层和水层。后来由于水、风、冰的作用,地球的外层受到严重的腐蚀,因而,有些地貌形式,如浅的陨石坑等就很快地消失了。
同样,从地球和太阳之间的距离看来,也使得地球成为一个硅酸盐岩的球体,并具有很多放射性元素。这就提供了一个内部热源。于是就造成地球表面的地壳在移动的板块结构的地质、岩浆(熔化岩石的移动)以及火山爆发的作用下,进行不断地旋转。地球这个行星的外壳由大约十几块镶嵌着的巨大板块所构成。这些板块以每年几厘米的速度在地球表面上移动。新的海底地壳在海底中部的山脊上形成,老的地壳沉陷下去,在海底沟隙中解离。整个海底由火山岩浆不断地敷涂着,其速率为每年2平方公里(0.75平方英里)。所以,海底地壳的年龄没有一处是超过2亿年的。由于地球表面有60%是深海海床,因此,地表主要由火山岩层所组成。
由此看来,地球在形成后不久,虽然受到陨星的冲击,但是腐蚀和地壳的转动,把大部分痕迹都抹去了。在地球上,只有极少数岩石的寿命超过32亿年。而月球和其他行星才是古代岩石和地貌的陈列所。它们记录了早期历史上所发生的变化,而这在地球上都早已消失。通过对月球表面的观察,科学家得出结论:在早期的太阳系历史阶段中(可追溯到40亿年以前),宇宙间的轰击是普遍存在的。一位行星学家指出:“40亿年以前,月球上的陨星流火必然是壮观的景象。扫兴的是,那时没人来进行观察。”这种早期的轰击现象在38亿年以前就平息了下来,自那时候以来,宇宙间的轰击就变得十分稀少并保持一定的几率。
巨大的轰击
处于地球椭圆形轨道上的小彗星、小行星(它们称作阿波罗小行星(Apollo asteroids))都会轰击地球。其中小行星轰击地球的可能性要大得多。太阳系中,大约有1000个阿波罗小行星。它们都有一定的大小、密度和速度,足以在地球上轰击出直径为十公里甚至更大的陨石坑来。这种地质上的疤痕可以保持几亿年。对于已知小行星的统计学研究表明,地球每隔一百万年就得承受三次小行星的轰击。三次之中会有一次在大陆表面发生。因此,平均说来,每隔一百万年就要产生一个巨大的陨石坑。虽然埃吉吉脱根(Klgygytgyn)和波斯脱惠湖(Lake Bosumtwi)这二个陨星坑从提供统计分析的实例角度看来还不够有力,但显然为这种轰击流的说法提供了证据。埃吉吉脱根陨星坑(下面还要详细讨论)位于西伯利亚东北部,直径有18公里,估计可能在七十万年以前产生,而波斯脱惠湖位于加纳,是在一百三十万年以前形成的。
在历史记载上,地球遭到二次大规模的宇宙轰击,都发生在西伯利亚。第一次是在1908年,显然是由一个小彗星引起的,它在外层大气中爆炸,放出约有一千万吨级的能量;它在地面上没有产生陨石坑,但却在大气中留下不少尘埃。这些尘埃反射出可怕的亮光,在欧洲一些地区持续了好几天,其亮度在晚上足以来阅读报刊。第二次轰击是在1947年,当时有一块巨大的镍铁(Sikohote Alin nickel-iron),像一个超级火球,从天而降,散落在海参崴北部的山地上,产生很多小的撞击陨石坑。虽然这二次陨落印象深刻,情况属实,但它们在地质上留下的痕迹将不会长久。
在地球上,现在得到证实的只有大约十来个陨石坑。与火山及破火山口相比,几乎都是小型的。在北亚利桑那州(美国)有一个流星陨石坑,其直径为1.2公里(0.75英里),120公尺深,由25,000年前的大镍铁陨石或者小行星撞击产生。这是世界上保存得最好的陨石坑。虽然这陨石坑早在1903年由D. Morean Barringer所证实,确系一撞击坑,但直到25年以后,方为世人所公认。在Baringer去世前几年,他勘探并企图发现可能埋藏在地下的陨石。在矿业史上,这是一次独特的徒劳的尝试。他并没有认识到,由于冲击产生的巨大能量,会把几乎整个陨石毁掉。
经过一百万年的变化,流星陨石坑就被腐蚀掉。不再有地质记录来表明这种一千万吨级的大爆炸。1977年时,一度曾有不少报道说是在马达加斯加州产生了一个新的陨石坑,不过后来发现并非如此。
星伤(Astroblemes)
尽管有证据表明,巨大的轰击是罕见的,似乎还是有理由相信,在长期的地质年代里,地球受到过大行星以及相当大的彗星的许多次撞击,在基岩上造成嵌得很深的痕迹。这种痕迹不会很容易受腐蚀或地壳构造的变化而埋没。现在认为这种说法是正确的。最近,在1963年,Robert Dietz和哥伦比亚大学的一位教授进行过一场激烈的公开辩论。当时,这位教授的意见得到科学界一致赞同,认为不存在任何撞击结构,并认为有人误把环状变形(circular deformations)当作撞击结构了,他把环状变形归诸于地下火山活动(cryptovolcanism),即一种无熔岩喷射的地底蒸汽爆炸所造成的。但是,近来通过对月球研究和陆上爆炸研究,已经拥有种种手段来识别这些结构了:强烈的震动作用只能由陨星撞击才会发生。根据这些手段,已经比较肯定的在地球上查明了大约100个古代撞击产生的陨石坑。这些陨石坑已经被命名为星伤(astroblems)〔即陨星形成的伤疤(star-wounds)〕,以便区分后来形成的未曾变形的陨石坑。
根据统计学的研究,自从6亿年前开始的显生代(Phanerozoic time)以来,地球表面的大星伤总数应该有几百个,其中有一些从岩石痕迹看来已经消蚀了。不过,现在只查明大约一百个,可能还有许多尚未被发现。
现已发现的星伤绝大部分在北美洲。主要由于北美大陆上对星伤的探寻更为深入的缘故。加拿大已找到20多个,大部分位于加拿大省(Canadian Shield)的前寒武纪岩石(Precambrian Rock)上。这类岩石并没有被后来的沉积岩所盖没,成了古代的不受干扰的“计数板”。冰川期时,冰川流经这一地域,把许多古代星伤中的软质沉积充填物彻底清除了干净,显露出它们经过浸蚀后的清晰面貌。人们对在马尼可加(Manicouagan)的一个65公里宽的星伤的印象更为深刻,其四周有明显下滑的环形湖泊轮廓。最近在这些湖泊上筑起了水坝,使这个星伤的圆形结构变得更圆了。从附近太空观察看来,这种结构具有特别显著的特征。马尼可加星伤的圆心被一个200米厚的由撞击发热所产生的熔岩层所覆盖。在这一熔层的中心,有一山形突起,可看到撞击引起的严重变形的岩石。
在加拿大的这些星伤中,最令人感到兴趣的无疑是17亿年以前形成的巨大的撒培盆地(Sudbury Basin)。在此以后发生的地层褶皱和地壳构造的变化使这个原来是圆形的盆地变成了腰子形,覆盖了的低洼地有60公里长,32公里宽。不过,经过巨型小行星撞击后所形成的地层在岩石上留下的痕迹是清楚的。这个盆地被一层一层的熔岩所覆盖。这熔岩既可由地壳受撞击直接熔融形成也可由深埋在地下的岩浆迸发所致。一大片撞成碎片粉末的岩石层或者称作角砾^(breccia),把这一层熔化的岩石掩盖了起来,就好像馅饼的外壳一样。同样,一层沉积岩又覆盖了角砾岩。在盆地的内周,又为另外一层熔岩所覆盖,犹如瓷碗外面的釉彩。这种所谓“亚层”(Sublayer)具有特殊意义。因为它蕴藏着世界上最丰富的硫化镍矿床。至于这种矿床的前身是否陨星的问题,还仍在争论之中。
美国也有几个星伤,成为中西部变化甚少的平板地层中的一种突出的地质结构。其中大部分是在三十年代发现的,但过去一直错误地认为是火山活动时蒸汽爆炸的结果。由于周围的地形在冰川漂移时被覆盖,所以第一个是在开塔来(Kentland,ind. )的采石场中得到证实的。在洛瓦(Lowa)的梅生(Manson)星伤也同样有这种完整的覆盖,因而是通过钻探发现的。可是在田纳西(Tennessee)的威尔克利克盆地(Wells Creek Basin)的结构以及在得克萨斯(Texas)的梅迪拉山脉(Sierra Madera)的形变倒是二个很好的露天星伤的例子。密苏里(Mi-ssouri)还有二个星伤,迪卡都伐(Decaturville)和克鲁克溪的形变。
在美国,大部分的陨星溅落在灰岩上,而灰岩受到撞击发热后并不熔融而是解离。因而并没有熔岩层,不过却有一种奇怪独特的岩石断裂叫做震裂锥(Shatter Coning)。由地球靶上产生的震波向外传送,灰岩便碎裂成锥形碎片,碎片二侧有马尾形擦痕。
奇怪的是,古代的星伤通常在结构上和近代的陨石坑不同。陨石坑是抛物形的碗状结构,而星伤则是环状结构,其中心不规则地隆起,旁边有一个或数个环形地堑(地壳下沉的沟状结构)或者还有环形的倾斜,即分层的岩石呈波浪形分布,好比石头落到水中产生的水波一般。造成的结果是颇为奇怪的,这些古代的撞击区并不像陨石坑那样下陷,而是隆起;隆起的地形中有许多具有山脉一样的分布。
似曜岩(Tektites)
地球上发生的巨大轰击产生一种有趣的副产品便是闪光的天然玻璃球,叫做似曜岩。1884年,达尔文在他的著作《地质观察》(Geological Observation)中描述过在澳大利亚发现的第一个似曜岩。当时,达尔文以为是一种罕见的火山玻璃。不过,似曜岩和火山玻璃的不同在于它们显然不是慢慢加热熔融的,而是突然撞击所致。这一点可以从似曜岩里没有结晶水的存在而得以证明。另外,似曜岩中几乎没有挥发性的元素,却有石英玻璃混杂物(Lechatelievite)以及某些只能在撞击时产生的矿物质。例如,石英撞击多晶体物,其矿物质名称叫做共位(coesite)。有一个简单的试验可以证明似曜岩:把未知的玻璃样品放在喷灯下加热,所有的天然玻璃都会产生泡沫,说明有水及其他挥发物存在,唯独似曜岩没有这种现象。
似曜岩的撞击熔融可以用闪电发热来解释。不过它们分布在相当宽的地壳中(strewnfield),又与
这种说法不相符合。似曜岩主要分布在四个地层(strewnfield)中:美国南部(3200万年),捷克斯洛伐克(1500万年),象牙海岸(130万年)以及在澳大利西亚(大洋洲)的一个(70万年)。捷克斯洛伐克的似曜岩显然是从德国的拉斯贝辛陨石坑(Ries Basin Crater)那儿泼溅过来的,而象牙海岸的一些似曜岩则来自加纳的波苏脱惠湖(Lake Bosumtwi)陨石坑。
—个主要未曾解决的问题是要在澳大利西亚地域(Australasia)中,即自菲律宾群岛经过东南亚到澳大利亚这么一个总共有5千万平方公里或者说占地球十分之一的表面上,找到一个地球陨石坑。而且还应该有一个大而年轻的似曜岩发源处的陨石坑以及千百万个似曜岩。人们认为,这一个尚未发现的陨石坑可能隐藏在海底或是在南极洲的冰层下面。尚有少数学者相信,月球上一定也有这样的陨石坑,但还需要对陨石坑的位置做进一步的研究才行。
看来,澳大利西亚的似曜岩实际上可能从地球的另一端,经过了长距离的弧形轨道溅射而来。由埃吉吉脱根(Elgygytgym)溅出,一直到澳大利西亚为止,似曜岩得具备大约7.5公里/秒的速度,和轨道速度的最小极限值(7.9公里/秒)非常接近。这样方能溅射到15,000公里之外或者说几乎绕过三分之一地球的距离。也一定有可能穿过大气层到附近的太空并在那儿凝固成大理石状的球体,半小时后再重新进入澳大利西亚上空的大气层,就好像精妙的宇宙飞船船舱一样。在它们溅落回地球消融时,就产生千万个真正的火球,划破长空,那必然是一出惊人的烟火表演。
[Yearbook of Science and the Future,1979年160 ~ 169页。]