小物體也有大本領，極小的晶體顆粒，展示隕星強烈撞擊事件

人類對事物的探索往往沒有頭緒，在對某個事物研究的時候，往往沒有達到預期目的，而卻得到其它成果，所謂種豆得瓜。而當我們回到正確的方向上來，又常常對小事物的研究，推斷出大事物的形態。最近科學家們通過對極微小晶體顆粒的研究，來推斷隕星強烈撞擊事件。可以說是以小見大，窺豹一斑吧。我們來詳細了解科學家們的成果。

從美國亞利桑那州巴林傑隕坑在一個多世紀之前被開挖出來的岩石中發現的鋯石礦物幫助科學家們進一步判明這個形成於大約4.9萬年前的撞擊坑在撞擊初始階段的極端高溫高壓環境

鋯石顆粒通常都非常微小，但這種礦物在地質學上異常重要，因為它有一個特點，那就是非常溫度，能夠在數十億年的時間裡一直保存下來，因此常常會被地質學家們用於判定古老撞擊坑的年代。圖為巴林傑撞擊坑，它可能是世界上被研究最為徹底的撞擊坑之一

從美國亞利桑那州巴林傑隕坑在一個多世紀之前被開挖出來的岩石中發現的鋯石礦物幫助科學家們進一步判明這個形成於大約4.9萬年前的撞擊坑在撞擊初始階段的極端高溫高壓環境　　據物理學家組織網站報道，在將近一個世紀之前由勘探者們挖掘出來的砂岩中，一個國際科學家小組近日發現了一些極微小的晶體顆粒。這些微小礦物顆粒中隱藏的信息讓科學家們了解到，在大約4.9萬年前形成今天位於美國亞利桑那州北部的巴林傑隕坑的那場強烈撞擊事件中出現的極端高溫與高壓環境。當時，一顆直徑大約50米的隕星以大約每秒12公里的速度撞擊地面，形成了今天人們所稱的「巴林傑隕坑」(Meteor Crater)。

這些晶體礦物就是鋯石。分析顯示這些礦物晶體最少經受了超過2000攝氏度或更高的高溫環境，這樣的溫度已經足以熔化地球上的任何岩石。在地球的地殼部分，這樣的高溫環境只可能出現在隕星撞擊時的一瞬間。

鋯石顆粒通常都非常微小，但這種礦物在地質學上異常重要，因為它有一個特點，那就是非常 溫度，能夠在數十億年的時間裡一直保存下來，因此常常會被地質學家們用於判定古老撞擊坑的年代。但在這篇最新刊載在《地質學》雜誌網路版上的論文中，鋯石 則被用於對一個對它而言年輕得多的撞擊坑——形成年齡距今不到5萬年的巴林傑隕坑的研究中，這個隕坑很有可能是世界上被研究的最為徹底的撞擊坑之一。這項研究的第一作者，澳大利亞科廷大學西澳大利亞礦業學院的阿倫·卡沃西(Aaron Cavosie)教授指出：「這個隕坑比較新鮮，年輕，樣品比較容易獲得。」卡沃西教授同時也是美國威斯康星大學麥迪遜分校的訪問學者。

在電子顯微鏡下，這些鋯石看上去就像是聚在一起的很多細小珍珠。這些顆粒狀鋯石在南非以 及月面上的一些大型撞擊坑中此前也有被觀察到。但卡沃西指出：「直到現在，還沒有人能夠確切地回答，究竟是在什麼樣的條件下，正常的鋯石才會出現這樣的轉 變，成為聚集在一起的數以千計極其細小的顆粒。」

卡沃西的研究組成員中還包括科廷大學的幾位博士生，以及來自美國地質調查局以及美國宇航局的合作者。他們的研究結果給出了鋯石出現這類轉變所需的幾項條件：超過30萬倍地球大氣壓的超強壓力條件，並且溫度也要超過2000攝氏度以上。

當研究人員利用電子束流轟擊14個鋯石顆粒時，電子會被散射並回到探測器內並進行分析，以此可以觀察鋯石的化學成分和複雜的內部結構。卡沃西表示：「當我們觀察這些不同尋常的鋯石的內部紋理時，我們發現這些小顆粒的結晶學方位分布並非是隨機的，而是具有高度的系統性。」

這些鋯石顆粒非常微小，8顆 這樣的顆粒排成一線，其長度還不及一根頭髮絲的寬度。卡沃西指出：「這些晶體的朝向記錄了鋯石在不斷增加的壓力面前出現的一系列變化——就像但丁筆下的九 層地獄。」在中等程度的衝擊作用下，鋯石晶體將出現面狀裂隙，而當壓力值繼續上升，鋯石將出現雙晶形態，也就是鋯石晶體晶體生長方向上部分發生了變化。這 種特定的變化只能發生在撞擊事件導致的局部環境下，此前科學家們已經在其他地點觀察到這種現象。

卡沃西表示：「另外一種特殊的結晶學方位特徵只出現在鋯石轉變為一種極其罕見的超高壓礦物——萊氏石(reidite)時才會出現。實驗室數據證明這種礦物的產生所需的環境壓力甚至比鋯石雙晶出現的環境壓力更高。」

最終，撞擊事件將產生極端的高溫環境，導致撞擊點周圍所有的岩石都被熔化並蒸發。砂岩中豐富的石英顆粒將在這一過程中熔化成為玻璃質地，因此你會觀察到被所謂「擊變玻璃」所包裹的鋯石顆粒。

卡沃西表示：「當我們將所有這些線索結合到一起——包括這些顆粒狀鋯石中呈現的結晶學方位分布特徵，雙晶的出現，一直到萊氏石的形成所需要的極端壓力環境條件，並意識到這些鋯石顆粒曾經被浸沒在由岩石熔化形成的，溫度超過2000攝氏度的液態硅酸鹽之中。這樣的高溫環境能夠導致鋯石的重結晶作用，形成這樣的聚集的顆粒狀紋理結構。另外，有證據顯示這樣的高溫環境消失的非常迅速，我們觀察到這些顆粒狀鋯石存在一些原始成分保存相當好的部分，這讓我們得以恢復並反演其化學組成和形成環境條件。」

極端且迅速消減的壓力與溫度條件在地質學上是非常特殊的情況。卡沃西表示：「地質學家一般考慮的都是某種極其緩慢的過程，比如將碳轉變為鑽石的過程就是緩慢而穩定的，它需要持續長達數百萬年的高溫高壓環境。」

而導致這種形態的顆粒狀鋯石形成的轉變過程，這樣的溫壓環境最多只持續不超過數分鐘時間。卡沃西表示：「很快，極端壓力環境便消失了，高溫也迅速冷卻。撞擊在地面上產生一個巨大的撞擊坑，但你可能會很驚訝，形成這些鋯石的變化過程僅僅發生在數秒最多數分鐘的轉瞬之間。」

卡沃西指出，理解這些顆粒狀鋯石的成因，其意義遠遠超越了這樣單獨一個撞擊坑的範疇。他 說：「這些顆粒狀鋯石在隕石中也有發現，而我們對那些隕石的歷史所知甚少。而現在，當我們在隕石中再次找到這樣的礦物，那麼我們就將能夠據此反演這顆隕石 在抵達地球之前一路上所經歷的溫度和壓力環境。」

對於那些從火星或月球取樣返回的樣品也是一樣，實際上卡沃西目前正在對一些由阿波羅項目期間帶回的月球岩石樣品進行分析。

美國威斯康星大學麥迪遜分校的地質學教授，鋯石專家約翰·威利(John Valley)表示：「卡沃西和他的同事們所報道的這項新的診斷技術將幫助針對地球以及太陽系其他天體表面撞擊作用的研究。這對於加深我們對於地球歷史的了解以及生命的起源過程具有重要意義。它也將幫助預測未來地球遭遇大型撞擊事件的幾率，比如6500萬年前撞擊地球，並造成整個地球上幾乎全部陸生生物滅絕的那種規模的撞擊災變。」

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