地球上最古老的撞击坑正在消失

地球上最古老的陨石坑可以为科学家提供有关早期地球结构和太阳系天体组成的重要信息，并有助于解释其他行星上的陨石坑记录。但根据一项新的研究，地质学家找不到它们，而且可能永远找不到它们。这项研究发表在《地球物理研究行星杂志》上，这是 AGU 的期刊，专门研究太阳系及其他行星、卫星和天体的形成和演化。

地质学家已经发现了撞击的证据，例如 35 亿年前的喷射物(远离撞击的物质)、融化的岩石和高压矿物。但很久以前真正的陨石坑仍然难以捉摸。地球上已知最古老的撞击结构，也就是科学家所说的巨大陨石坑，只有大约 20 亿年的历史。我们错过了二十五亿年的巨型陨石坑。

南非西开普大学研究撞击结构并领导这项新研究的行星科学家马修·S·胡贝尔(Matthew S. Huber)表示，稳定的时间流逝和无情的侵蚀过程是造成这一差距的原因。

“我们拥有的旧建筑得以保存下来几乎是一种侥幸，”胡贝尔说。“如果我们有那些古老的陨石坑，我们就能回答很多问题。但这是地质学中的正常故事。我们必须利用现有的资源来编造一个故事。”

地质学家有时可以使用地震成像或重力测绘等地球物理工具来发现隐藏的、埋藏的陨石坑。一旦确定了潜在的撞击结构，他们就可以寻找撞击过程的物理残留物以确认其存在，例如喷射物和撞击矿物。

对于胡贝尔和他的团队来说，最大的问题是，在最后挥之不去的地球物理痕迹消失之前，有多少陨石坑可以被侵蚀冲走。地球物理学家表示，10 公里(6.2 英里)的垂直侵蚀甚至可以消除最大的撞击结构，但该阈值从未在现场进行过测试。

为了找到答案，研究人员挖掘了地球上已知最古老的撞击结构之一：南非的弗里德堡陨石坑。该结构宽约 300 公里(186 英里)，形成于约 20 亿年前，当时一颗宽约 20 公里(12.4 英里)的撞击体撞击地球时形成。

撞击器的撞击能量如此之大，以至于撞击发生处的地壳和地幔升起，留下了一个长期的穹顶。距离中心较远的地方，岩石隆起，矿物质发生变化，岩石融化。然后时间流逝，在 20 亿年的时间里，侵蚀了地表以下约 10 公里(6.2 英里)的深度。

如今，地表仅剩下约翰内斯堡西南方向的半圆形低山，标志着该结构的中心，以及一些较小的、明显的撞击痕迹。由地幔隆起引起的靶心出现在重力图中，但在中心之外，缺乏撞击的地球物理证据。

胡贝尔说：“这种模式是最后仍可检测到的地球物理特征之一，而且这种情况只发生在最大规模的撞击结构中。” 由于仅保留了结构的最深层，其他地球物理痕迹都消失了。

但这没关系，因为胡贝尔想知道这些深层从矿物学和地球物理学的角度记录古代撞击的可靠性如何。

“侵蚀使这些结构从上到下消失，”胡贝尔说。“所以我们是自下而上进行的。”

研究人员对 22 公里(13.7 英里)横断面的岩芯进行了采样，并分析了它们的物理性质，寻找受影响和未受影响岩石之间的密度、孔隙度和矿物学差异。他们还模拟了撞击事件及其对岩石和矿物物理学的影响，并将其与他们在样本中看到的结果进行了比较。

他们的发现对于寻找地球上最古老的陨石坑来说并不令人鼓舞。虽然仍然存在一些撞击熔融物和矿物，但从地球物理透镜观察时，弗里德堡结构外脊的岩石与周围的非撞击岩石基本上无法区分。

“这并不完全是我们期望的结果，”胡贝尔说。“无论存在什么差异，都极其微弱。我们花了一段时间才真正理解这些数据。十公里的侵蚀和所有撞击的地球物理证据都消失了，即使是最大的陨石坑，”证实了地球物理学家之前的估计。

研究人员及时发现了弗里德福特。如果发生更多的侵蚀，冲击结构就会消失。Huber 说，找到超过 20 亿年前埋藏的撞击结构的可能性很低。

胡贝尔说：“为了让太古代陨石坑保存至今，它必须经历非常不寻常的保存条件。” “但是，地球上充满了不寻常的情况。所以也许某个地方有一些意想不到的事情，所以我们会继续寻找。”