什麼是隕石坑

隕石體高速撞擊地面或其他天體表面時產生衝擊和爆炸，使巖石熔融和氣化，並拋射出基巖物質而形成的凹坑。也稱隕石衝擊坑。在一些行星和衞星，如月球、水星、火星及其衞星表面上的大隕石坑，又稱環形山。由於大的地外物體穿過大氣層時減速不大，因而其撞擊效應是很強的。例如，一個直徑7米、重約1000噸的物體以10～20公里／秒的速度穿過大氣層而撞擊地球表面，所產生的能量相當於2萬噸TNT炸藥的爆炸能量，這與世界上第一顆原子彈的能量差不多，所形成的衝擊坑直徑大於 200米。撞擊的動能(K)決定於隕石的質量(M)和衝擊速度(v、)，即：

爆炸試驗表明，隕石坑的直徑D與衝擊體爆炸的能量W之間有如下的關係式：

D=49W 0.294。

一般説來，坑的直徑約為衝擊體直徑的50倍，而被震裂和拋出坑外的巖石體積約為衝擊體體積的幾百倍。拋射物沉降區的直徑約為坑直徑的兩倍。

近20多年來，地球表面上所發現的隕石坑數目劇增，據統計，有110個左右。其中最著名的是美國亞利桑那隕石坑（如圖）。隕石坑大小不一，小的如沙特阿拉伯的瓦巴隕石坑，直徑約100米；大的如加拿大的馬尼誇根和南非（阿扎尼亞）的弗裏德堡構造。地表最大的隕石坑是蘇聯西伯利亞的波皮蓋坑，直徑為100公里。

判定隕石坑的標誌

根據對隕石坑現場的實際調查和對主要造巖礦物衝擊效應的研究，結合核爆炸和人工衝擊模擬試驗研究的結果。判定隕石坑的主要標誌有：

（1）隕石坑一般為圓形構造。目前對地表數十個隕石坑探測的結果表明，它們多為圓形構造，較古老的坑由於受構造運動的影響也有呈橢圓形或腰子形的。

（2）大多數隕石坑都保存有較好的坑脣，即環形山坑緣。它是由拋射物沿坑的邊緣堆積而形成的。有一些隕石坑由於形成年代老，坑脣多被侵蝕掉，有時衝擊坑本身也被剝蝕，因而不易被識別，但殘留的強形變和震裂巖石為一圓形區域這一特點仍可被辨認。

（3）坑底結構較複雜。坑底的巖石在受到巨大隕石轟擊後，由於應力釋放而產生一定程度的回彈，故在一些大的隕石坑底部常出現中央隆起的狀況；由於坑底巖石遭到破壞，使人工地震波的反射極不規則；重力法的測定結果表明，隕石坑為重力負異常，而火山噴發為正異常。此外，一個巨大隕石的轟擊，有可能觸發或控制深部巖漿的侵入，如加拿大著名的鎳礦牀所在地──薩德伯裏構造已被證實為一個複合構造，其深部升上來的含礦巖漿重疊在大的隕石轟擊構造之上。隕石轟擊，觸發深部巖漿上升並溢出地表充填於坑內的現象，在月球表面較常見，在地球表面亦有所見。

（4）常有隕石碎片或鐵－鎳珠球等殘留物存在於衝擊產物中。迄今為止，還從未在任何一個地表隕石坑中挖掘出隕石衝擊體本身，然而在質量較小的隕石所轟擊形成的坑內大都能找到它的殘留物。如目前地表已找到隕石碎片的10多個衝擊坑的直徑都較小，一般只有幾十到上百米，最大的亞利桑那隕石坑直徑為1200米。質量大的隕石，由於它高速撞擊地表後容易爆散和蒸發，極難在坑中找到其殘片。如在直徑為24公里的里斯坑（爆炸能量大於 1021焦耳）中至今仍未找到隕石的殘留物。但不久前在坑底巖石的粒間裂隙內發現了鐵-鉻-鎳（含少量硅和鈣）的微細粒子及細脈，認為是由氣化了的隕石衝擊體經凝聚而形成的，這也是識別隕石坑的重要標誌。

（5）角礫巖和震裂錐的存在。大量的角礫巖，大都是雜亂無章地與不同的巖性碎屑混合在一起。這些角礫巖含有大量熔融的或部分熔融的玻璃質擊變巖。衝擊波通過某些巖石類型時，就產生震裂錐，單個錐體的大小，從小於1釐米到15釐米或更大，頂端稍鈍，錐體項角一般為90°，表面有很多溝槽，呈馬尾構造，錐體的頂端都有指向該衝擊構造中心的趨勢。在石灰巖、白雲巖、石英巖、片麻巖和頁巖等許多巖石類型中都觀察到有震裂錐。目前在地表衝擊位置上，包括薩德伯裏構造、里斯和施泰因海姆盆地、弗林克裏克等數十個衝擊構造中都發現了震裂錐。現已證明，震裂錐本身已能作為隕石轟擊的獨特標誌。

（6）礦物的衝擊效應標誌。造巖礦物均顯示衝擊效應。與隕石坑有關的礦物衝擊效應為：第一，在非常高的應變率下，礦物發育有特徵的微觀和亞微觀結構，如石英、長石、雲母、輝石、角閃石、橄欖石的形變、微裂隙、微頁理和扭折條帶等構造，其中石英的{10妷3}和{10妷2}等多方向的微頁理是衝擊成因的獨特標誌。第二，在固態下的相轉變，如石英轉變為柯石英和超石英，以及轉變為繼形硅氧玻璃，石墨轉變為金剛石等。第三，礦物的熱分解、熔融以及出現流動構造，特別是在同一巖石中結晶體的玻璃體並存，如石英、長石已轉變為玻璃相，而深色礦物仍保留晶質相。在強衝擊情況下，玻璃體內的難熔礦物亦發生分解，如有的坑內鈦鐵礦、金剛石、鐵板鈦礦和斜鋯石等已熔成液滴狀。

研究隕石坑的意義

（1）為地球、月球、水星、火星及其衞星表面圓形坑和環形山構造的隕石轟擊成因假説找到依據，從而確定隕石坑的存在時間和分佈情況。同時為研究巨大隕石的撞擊，對地球和其他星球的形成，原始熱和自轉軸變遷的影響，以及為研究巖漿活動，突變事件和星球演化提供寶貴的資料。

（2）對礦物和巖石衝擊變質的研究，將進一步豐富巖石學、礦物學、結晶學和高温高壓地質學的內容，併為瞭解地幔物質性狀和物理化學特點，即為地球深部的研究提供參考依據。也可以從衝擊效應特徵推定巖石受轟擊時的温度和壓力歷史，從而對於瞭解地面及地下核試驗和人工爆破的威力，破壞半徑，以及對工程防護和對金剛石等礦物的合成具有一定實用意義。

（3）由於巨大隕石轟擊能引起地下巖漿上升、侵入和成礦，因而出現了把外來作用和地球深部作用聯繫起來的新成巖成礦理論。

（4）研究地表隕石坑的分佈、形態、錐度，特別是受轟擊後的變質作用，可直接推斷隕石下降時的方向、速度、質量、以及燒蝕破裂情況，為宇宙飛船軟着陸提供依據。（見彩圖）