圖蟲創(chuàng)意

地球在其46億年的歷史中，經(jīng)歷了無數(shù)次天體撞擊事件，這些事件不僅塑造了地球的地貌，還深刻影響了地球環(huán)境和生命的起源與演化。

但是，地球上的撞擊坑數(shù)量遠(yuǎn)少于月球，這是因?yàn)榈厍驈?qiáng)烈的地質(zhì)活動(dòng)和侵蝕作用抹去了大部分痕跡。同時(shí)，地球的大氣層能夠燒毀和阻擋小尺寸的天體，使其在進(jìn)入地球前被消耗，無法在地表形成撞擊坑。目前地球上確認(rèn)的撞擊坑僅有200多個(gè)，而如果所有撞擊坑都保留下來，地球表面將與月球一樣，布滿無數(shù)大小不等的撞擊坑。

在這200多個(gè)撞擊坑中，最古老和最大的撞擊坑是南非的弗里德堡撞擊坑，形成于20.2億年前，直徑超過300公里。顯然，這不是地球上最早和最大的撞擊事件。

科學(xué)家們一直在尋找地球更早期遭受撞擊的地質(zhì)記錄，探索這些撞擊對(duì)地球地質(zhì)構(gòu)造和生態(tài)環(huán)境的影響，以及它們?yōu)榈厍蛏峁胺N子”的可能性。

已有的研究表明，在太古宙時(shí)期，也就是距今36億至32億年期間，地球至少遭受了8次大規(guī)模撞擊，這些撞擊事件在南非巴伯頓綠巖帶的巖石中留下了證據(jù)。科學(xué)家把這8次撞擊排列為S1到S8.

最近，哈佛大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)對(duì)32.6億年前的S2撞擊事件進(jìn)行了詳細(xì)研究。通過對(duì)南非巴伯頓·馬孔喬瓦(Barberton Makhonjwa)山脈巖石的研究，他們進(jìn)一步確認(rèn)了這次撞擊事件。研究人員在巖石中發(fā)現(xiàn)了大量微小的隕石撞擊顆粒——小球，這些小球是大型隕石撞擊地球時(shí)產(chǎn)生融化了地球巖石后飛濺和快速冷卻后形成的，它們?cè)趲r石中形成了特征的球狀沉積層。

據(jù)估算，S2隕石撞擊地球時(shí)的直徑在37到58公里之間。這個(gè)估計(jì)是基于對(duì)撞擊坑的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、巖石的沖擊變質(zhì)特征以及同位素分析等方法得出的。撞擊體的大小與其撞擊產(chǎn)生的能量、拋出物的分布以及對(duì)環(huán)境和生物的影響有直接關(guān)系。

那么這次撞擊的能量和破壞性有多大呢？這個(gè)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，S2撞擊事件的規(guī)模和影響，都遠(yuǎn)超我們熟知的導(dǎo)致恐龍滅絕的，發(fā)生在墨西哥灣的希克蘇魯伯大撞擊事件。后者發(fā)生在6600萬年前，是由一個(gè)大約直徑10公里的隕石造成的，形成了直徑約200公里的撞擊坑，在地質(zhì)記錄中留下了深刻的痕跡，誘發(fā)了第五次生物大滅絕。

而直徑數(shù)倍于希克蘇魯伯的撞擊，顯然會(huì)對(duì)造成更為巨大的影響，包括：

1. 全球海嘯：S2撞擊引發(fā)了歷史上已知的最大海嘯，這場(chǎng)海嘯席卷全球，撕裂了海底，淹沒了海岸線。

2. 海洋沸騰與蒸發(fā)：撞擊產(chǎn)生的熱量導(dǎo)致海洋上層沸騰，數(shù)十米的海水蒸發(fā)，同時(shí)加熱了大氣，使氣溫升高100攝氏度。

3. 大氣塵埃云：撞擊將大量的塵埃和碎片噴射到大氣中，形成了厚厚的塵埃云，遮蔽了陽(yáng)光，導(dǎo)致陸地上和淺水中依賴光合作用的簡(jiǎn)單生命滅絕。

4. 營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)釋放：撞擊在全球范圍內(nèi)釋放了磷等必需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，被稱為“肥料炸彈”。隕石本身釋放出大量的磷和鐵，這兩種元素都可以喂養(yǎng)任何能夠代謝它們的微生物。

該團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，S2隕石撞擊及其他早期太古宙時(shí)期的大型撞擊似乎對(duì)早期海洋生物產(chǎn)生了混合的影響。一些生命形式受到了積極影響，而另一些則面臨著更大的挑戰(zhàn)。海嘯、海洋蒸發(fā)和黑暗對(duì)表層水中的光合生物影響最為嚴(yán)重，但在下層水體中的化能自養(yǎng)生物和超高溫生物可能受到的影響較小。有害的環(huán)境影響可能是短暫的，持續(xù)時(shí)間可能不超過幾年到幾十年，此后，生物圈會(huì)迅速恢復(fù)。在中期，磷的涌入和Fe2+注入到淺水區(qū)，可能引發(fā)了一次短暫的生物大爆發(fā)，尤其是觸發(fā)了微生物的鐵循環(huán)。這可能在地球早期歷史中為生命帶來了短暫的好處。他們認(rèn)為，從全球范圍來看，早期生命可能因重大撞擊事件而受益于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和電子供體的涌入，以及新環(huán)境的出現(xiàn)。

也就是說，盡管S2撞擊對(duì)生命造成了災(zāi)難性的影響，但撞擊后的環(huán)境變化也為生命的繁榮創(chuàng)造了條件。撞擊導(dǎo)致陸地侵蝕，攪動(dòng)了深海中的鐵元素，允許以鐵為代謝物的細(xì)菌繁殖。以磷和鐵元素為食的單細(xì)胞生物數(shù)量急劇增加，這些發(fā)現(xiàn)支持了科學(xué)家們?nèi)找嫦嘈诺囊环N觀點(diǎn)，即那些給地球帶來了連續(xù)的、猛烈的撞擊事件，為早期生命的蓬勃發(fā)展帶來了機(jī)會(huì)。

可見，天體撞擊事件是地球歷史上的重要力量，它們不僅塑造了地球的地貌，還對(duì)生命起源和演化產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。雖然這些事件可能導(dǎo)致生物大滅絕，但也可能為新生命的誕生和演化提供了條件。隨著科學(xué)研究的不斷進(jìn)步，我們對(duì)這些撞擊事件的理解將更加深入，從而更好地認(rèn)識(shí)地球歷史和生命演化的奧秘。

本文為科普中國(guó)·創(chuàng)作培育計(jì)劃扶持作品

作者：肖龍

審核：周炳紅 中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心 研究員

出品：中國(guó)科協(xié)科普部

監(jiān)制：中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社有限公司、北京中科星河文化傳媒有限公司

來源: 星空計(jì)劃

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