http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2013-08-21
撰文／杨弦章 大河
俄罗斯落入冰湖的闪亮陨星，
西伯利亚的超级钻石矿，
引发了公众对于陨石坑的关注。
随着探寻的深入，我们惊奇地发现，
它们的身份如此多变而精彩：
超级矿藏、壮丽美景、著名小镇、
国家公园和超级水库……
那么，幅员辽阔的中国大地
是否也收获了丰厚的天外之礼呢？
2013年2月，俄罗斯中部的一声巨响震惊了全世界。一颗带着耀眼火光的陨石突袭地球，并在空中解体爆炸，无数建筑的玻璃瞬间粉碎，千名居民受伤。这位华丽的不速之客的残块在冰湖上砸出了一个巨大的冰洞，其余散如碎屑，随风而去。
牵动全球神经的还有去年的一则爆炸新闻——俄罗斯政府曝光了被雪藏了30多年的“玻普盖(Popigai)钻石矿”。据报道，这是一个藏身于西伯利亚东部大陨石坑中的富矿，储量估计超过万亿克拉，比目前已知的全世界钻石矿储量总和还多10倍。
这两起轰动世界的消息，除了引起全世界又一轮陨石热之外，也将一个更为神秘的现象呈现于公众面前—陨石坑。如果说陨石是宇宙送给地球的礼物，那么这些大大小小撞击坑就是独具匠心的礼物盒，在这场宇宙的馈赠事件里，“椟”和“珠”都价值连城。
它们是一个个古老而漫长的故事。
所谓陨石坑，用科学术语来说就是小行星、彗星和流星体等小天体超高速撞击行星及其卫星表面形成的凹坑或环状地质构造。据研究者估计，在40亿年前太阳系形成的早期，宇宙间的陨星撞击频率可能比现在要高出1000倍，并对太阳系行星的形成和演化起到了重要作用。
由于大气层的保护，和外星球相比，裹着厚厚防护层的地球遭到陨石撞击的可能性不及其他星球之万一。可即便这样，据陨击构造学家估计，在地球演化史中出现的直径大于10公里的陨石冲击构造不少于1500个，小陨石坑的数量就更多了。不过，由于地质作用的改造以及表面的侵蚀破坏，直径20公里的撞击坑在6亿年后仍可辨识，而直径仅1公里左右的小撞击坑在百万年后即面目全非。在漫长的地球岁月里，只有少数古老的陨石坑幸运儿能被保存下来，与人类相遇。
翻翻地球上陨石坑的家谱，在各地质年代均有分布，其中最古老的距今超过20亿年，而最年轻的陨石坑如秘鲁卡兰卡斯陨石撞击坑只有6岁；有的“小不点”的直径只有十几米，“巨人”如墨西哥奇克苏鲁布陨石坑的身量则可达约200公里。
那么，中国又拥有多少陨石坑呢？通过简单的查阅，我发现，从古至今，从古籍到网络，都有关于所谓疑似“陨石坑”的报道。它们“居住”在中国各地，成为当地的话题和好奇者的探险之地。而关于它们的真实身份、形成过程以及相关的各种怪现象，也有着许许多多的争议和演绎。
在古代中国，陨星往往被视作预兆凶吉的天象。到了今天，人们说起陨星，除了美丽的流星雨，最直接的联想就是“从天而降的灾难”。从它们撞击出的巨坑，就能想象其巨大的破坏力。实际上，在俄罗斯中部的陨石雨震惊全球时，一颗小行星也正与地球擦肩而过，其轨道距离地球最近处只有2万多公里，虽然科学家称其不会冲击地球，但全世界的天文台都在紧张地追踪和观察着这颗试图与地球“亲密接触”的不速之客。
有研究者声称，每6500万年，一次灾难性的撞击事件就会强势改变地球的命运。许久以来，恐龙灭绝之谜也一直被人们津津乐道。一派学说认为，一个直径约10公里的陨石在地球上形成了一个直径近200公里的陨石坑，将大量碎片和灰尘送入大气层，从而引发了一连串的大海啸、全球性火灾和酸雨，遮挡太阳光数周乃至数月，一举终结了恐龙时代。这并非臆想，据估计，一个直径仅仅十多米的陨星，若以每秒十几公里的宇宙速度撞击地球，就能爆发出约20颗广岛原子弹的威力。1908年，在俄罗斯发生的通古斯神秘大爆炸被很多人认为是陨石撞击引起的，在这场灾难中，一片面积为2000平方公里的原始森林被击倒，大面积冻土被融化成了沼泽地。而在中国，宋代的沈括也曾在《梦溪笔谈》中描述过一次惊心动魄的陨星撞击事件。按照记述，这应该是一颗很小的陨石，速度也不快。可即使这样，它仍然来势汹汹，引起了一场大火，烧毁了当地庄园的诸多藏书和文献。
遍布钻石的超级富矿，可怕的灾难，让陨石坑笼罩上了莫测的色彩。而说起这一神秘事物的福祸难辨，就必须提到一个人——因为陨石坑，他举世闻名；也因为陨石坑，他的生活和事业被拖入了深渊，贫病而终。这个人，便是美国巴林杰陨石坑的“铁杆粉丝”巴林杰。
在科罗拉多暗红色的红土高原上，这个直径1180米的淡土红色大圆坑非常醒目。从高处鸟瞰，它像是一个旧式的铜盆，又如一把倒挂的雨伞。它是当今世界最为科学界和公众所熟知的撞击构造，有着极为特殊的身份——全球第一个被科学界确认的陨石坑。
在遇到丹尼尔•巴林杰之前，这个巨大的陨石坑已经在荒原中沉默了数万年，它有一个形象的诨号——恶魔山谷。1903年，它的故事和这位采矿工程师的命运轨迹交织在一起。在遭遇这个陨石坑之前，头脑灵活且精力充沛的丹尼尔•巴林杰堪称少年得志。他依靠经营金银矿发了财，轻易的成功也助长了他急躁的脾气和骨子里的执拗。这一年，他在一次聚会上偶然听说了这个奇怪的大坑，便“异想天开”地认为它是被陨石撞出来的，当他看到坑附近找到的陨铁残渣之后，便更坚定了自己的想法—一颗富含镍铁的大陨石在撞击后钻进了地下，这意味着至少一千万吨的富铁矿，若加以开采，收益可达5亿美元。
在那个时代，人们对陨石坑的认知还非常有限。为了他的梦想，巴林杰成立了专门的铁矿公司，为了集资，他全力搜集证据，并两次在费城科学院论证自己的观点，却不断遭到嘲笑和反对。与此同时，他的矿产开发之路也越走越艰难。他在坑里四处钻探，足足耗费了27年，却找不到任何有开发价值的铁矿石。在钻头烧结、缆绳断裂、资金枯竭后，濒临破产的巴林杰去求助天文学家穆尔顿。经过严谨的考察和推算，穆尔顿的回答给了巴林杰最后致命的一击——造成这样一个陨石坑的陨星最大也只有30万吨，根本不值得商业开发。更让人绝望的是，陨星撞击地球时产生的超高热高压很可能已把陨石烧毁并气化了。1929年11月30日，在穆尔顿的报告正式提交一周以后，巴林杰因心肌梗塞而猝亡，终结了他的陨石坑之梦。
在他去世31年后，研究者们在巴林杰坑中发现了陨石冲击的铁证——柯石英，这一发现震惊了整个科学界，世界上第一个被正式确认的陨石坑就此诞生，一套鉴定标准也逐渐成熟，地球上越来越多的陨石坑被确认。为了纪念这位执著的工程师，人们将其命名为巴林杰陨石坑。今天，撞击坑北侧建立了博物馆，人们可以在这里追寻感叹陨石坑的前尘往事和巴林杰的曲折命运。
散布在地球各处的陨石坑多数有亿万年的高龄，可直到近几十年，相关研究才突飞猛进。和运气不佳的巴林杰不同，人们惊喜地发现，陨石坑确实与“宝藏”有着千丝万缕的联系。
为了进一步探寻陨石坑的秘密，我采访了中科院的冲击构造专家陈鸣老师。他告诉我，一位著名学者曾统计得出，约四分之一已发现的陨石坑与经济矿产有关，且其中很多已经投入开采。以玻普盖为例，这一矿藏虽有些“被神化”，但的确是全球规模最大的金刚石矿床之一，不折不扣的“国家宝藏”。确切地说，这里蕴藏的是“冲击钻石”，是地壳中丰富的石墨在陨石猛烈撞击下被“点石成钻”的。
除此之外，加拿大萨德伯里特大型铜镍矿的成因也被认为与撞击事件有关。一个多世纪以来，这里的铜、镍蕴藏量及年产量始终居世界前列，1915年之前的镍产量竟占到全球总量的80%。此外，当地土壤富含矿物质，拥有北安大略地区最好的农耕地……宝藏还能列出很多，如以矿石品位之高而著称的南非兰德金铀矿床，以及希尔津铅锌矿、里斯煤矿和诸多油气田。甚至曾有学者撰文，称巨型陨石坑乃是“打开油气田分布之谜的钥匙”。
陨石坑为何与矿产如影随形？其中的原因很复杂，简单来说，陨石特别是巨型陨石撞击时形成的瞬时极高压高温作用于地壳，会形成一系列特有矿物，如陨击金刚石等。此外，撞击作用也可能诱发大规模的构造岩浆活动，将地底深处的成矿物质挤压到近地表。再者，陨石坑本身的形态和构造特征也可进一步调节和控制矿产，如冲击岩石层带的裂缝、孔穴以及特定的时间和压力都是孕育油田的摇篮。
陨石坑带给人类的宝藏绝不仅限于矿产。加拿大的曼尼古根陨石坑是地球上最醒目的陨石坑之一。它有着独一无二的环形水系，从太空观测，它就像是一枚巨大而闪亮的“魔戒”，直径超过了100公里。两亿年前的撞击，漫长的地质年代的销蚀，在陨石坑的外缘与中央凸起之间形成了一道宽约10公里的环形水带。冬季，在加拿大魁北克省茂密的原始森林暗绿色的背景上面，冰封的环状银白色湖泊闪闪发光，成为地球上最绮丽的自然景观之一。它还有另一重身份—宏伟的国家水电工程。加拿大政府在曼尼古根河上修建了三座水电站大坝，将这个陨石坑湖变成了世界上第五大水库，350亿立方米的湖水所发出的电不仅点亮了魁北克，还输出到美国东北部。
加拿大平考努特陨石坑也是一个湖，在人迹罕见的北极冻原上，它就像一个硕大无比的明镜在阳光下反射着耀眼的银光。多年间，美国空军曾将其作为飞越北极圈的特有航标。1948年，它的神秘面纱终于被揭开——一个有着150万年高龄的陨石坑，足足有267米深，盛满与世隔绝之地的清冽冰雪和雨水。测试者曾把一个测试盘沉入水中，当它沉落至水下37米即约14层楼的深度时，岸上的人仍然可以清晰地看到它。除了极为纯净的水质，这个陨石坑还有着特殊价值——其惊人的深度避开了环境干扰，从湖底采集的沉积物完好地保存着100多万年来湖中气候和生物活动的原始记录，像一本自然的宝典。为了保护这奇妙纯净的陨星湖，加拿大于2003年在此成立了保护区公园，这是也北极因纽特人自己的第一个自然公园。
财富与自然的贡献之外，陨石坑往往也是历史与传说的摇篮。
澳大利亚有着古老的地表岩层，记录了几亿年以来天外来客的痕迹。但其内陆和西北部大都是蛮荒之地，对陨石坑的探查十分困难。不过澳大利亚的科学家有一种因地制宜的方法——从土著的传说中寻找线索。
2008年，悉尼马克卡里大学的一位天文学家从传说里得知，一颗星星曾坠落在普卡地区。他以此为线索果然发现了一个新陨石坑。实际上，澳大利亚的几个著名陨石坑都藏身于古老传说中——或是天神的孩子从舞池跌落，或是五彩神蛇钻入地下的入口。如果我们借助遥感技术，就会发现它们的确既奇异又神秘。在澳大利亚的荒漠上，它们或如蜘蛛盘踞，鹿角蜷伸，又似星云旋转、锥柱团聚。在撞击之初，它们很可能是经典的环形结构，而亿万年的自然打磨则给予了它们抽象画般的意境。富有神性的陨石坑还有很多，如爱沙尼亚Kaali陨石坑被称为“神湖”，加纳的博苏姆推湖则被土著认为是死者灵魂向上帝告别的地方。
陨石坑并不都在荒凉之处，世界上还有一个“繁荣文明的陨石坑”，那便是德国的里斯陨石坑——四周的山冈像盘子边，古镇纳德林根就坐落在盘底。除了拥有“城堡之乡”的美誉外，它还被称为“躲在陨石坑里的小镇”。从三千多年前的古代凯尔特人到古罗马，从中世纪到现代，里斯陨石坑地区都是欧洲中部重要的文化中心，大量的古代教堂、城堡和修道院遗址见证了它文明的辉煌。
陨石坑精彩如此，不禁让我有些激动起来。既然中国也报道了这么多疑似“陨石坑”，想必其中也必有不少神奇的宝藏吧！
可结果却让我非常失望——我查阅了权威的世界陨石坑数据库，却诧异地发现，目前全球得到确认的陨石坑近200个，可中国偌大的地图上只有孤零零的一个“独苗”——辽宁岫岩陨石坑，而且还是2010年才刚刚获得“身份证”的。
中国领土占到了地球陆地总面积的1/15，为何仅仅拥有1个陨石坑“席位”呢？而更奇怪的是，虽然陨石坑乏善可陈，中国却是不折不扣的陨石大国。中科院陨石专家刘小汉老师告诉我，除了发现数量，中国陨石的研究水平也在全球名列前茅。
陨石是稀罕的天外来客，它们中的大部分在穿越地球的大气层时，就因剧烈的摩擦而香消玉殒了，只有少数幸运儿能落到地表。主要可分为铁陨石(主要成分是铁和镍)、石铁陨石(铁镍与硅酸盐各占约一半)、石陨石(主要成分是硅酸盐)三类。小者纤若尘芥，大者可达几十吨。目前全世界已发现的陨石约有数万颗。
当代的成就之外，我国还是世界上最早发现陨石的国家之一。古籍中诸如“陨星”、“陨铁”、“落星岗”、“落星湾”等名词层出不穷。《竹书纪年》写道：“夏禹八年，夏六月，雨金于夏邑。”这是对公元前21世纪铁陨石流星雨的记载。《史记》、《梦溪笔谈》、《石雅》中也都有诸多对陨石降落的生动记载。
刘小汉老师告诉我，时至今天，我国大部分省区都有陨石发现的记录，江苏、新疆、吉林、山东等省区尤为出众。其中新疆发现的铁陨石、吉林的石陨石和山东的石铁陨石都享有世界声誉。2000年，人们在新疆戈壁沙漠中发现了一块巨大的阜康陨石，它庞大而美丽，在阳光下闪闪发光，堪称21世纪最大的陨石发现之一。1976年3月，吉林迎来了一场超大规模的陨石雨，收集到陨石标本138块，碎片数千，其中最大的一块陨石重达1770公斤。今天，陨石已成吉林省的一张闪亮名片。
他还特别提到，近年来全球陨石收藏热不断掀起高潮，以前有陨石价比黄金的说法，可现在陨石的价值甚至超过了钻石，例如珍稀的月球陨石每克最高可达40000美元，最普通的球粒陨石每克也价值1—10美元。在中国，也有为数众多的民间收藏陨石爱好者。
既然有这么多的陨石，为什么中国陨石坑的成绩单却这么尴尬呢？
刘小汉老师为我解开了其中奥妙。原来，陨石和陨石坑是一对有趣的搭档，它们往往并不同时出现。很多大型陨石坑中都是典型的“有坑无石”(撞击能量较大，陨石气化)。而世界上最重的陨石——荷巴陨石重量接近66吨，体积庞大，它在8万多年前降落在地球上，却没有留下陨石坑，这便是典型的“有石无坑”。有研究称，它可能是以一个非常长和浅的角度进入地球大气层的。
陈鸣老师又给了我进一步的解释——陨石若能以每秒十几到几十公里的“宇宙速度”撞击到地表上，其强大的冲击波引起爆炸成坑，才能“轰”出真正的陨石坑。如果因为种种原因，如因大气的阻止而不断减速，最后只是“降落”或“飘落”到地面上的话，就不会产生冲击波和引起“爆炸”成坑，就算砸出了一点凹陷，也算不上是学术意义上的陨石撞击坑。
可是，那些出现在网络上、报刊上，甚至是政府宣传中的许许多多的“陨石坑”又是怎么回事呢？更让人难以理解的是，我发现从20世纪70年代开始，除了民间，中国研究界提出的疑似陨石坑也不少，足有几十个，比较有名的如内蒙古多伦环、海南白沙黎族自治县的白沙坑、河北省涿鹿县矾山盆地等，其他诸如内蒙古海拉尔、贵州息烽、云南禄丰、广东新兴、广东始兴、吉林九台，甚至太湖地区和香港九龙等等，都有“候选坑”和“嫌疑坑”，为何几十年过去了，才只有一个获得了国际科学界公认的“身份证”？
我将我的疑问再次告知了陈鸣老师。作为中国第一个陨石坑——辽宁岫岩陨石坑的证明者，他给我讲述了一个长长的故事。
将视线从北京向东北移动约800公里，越过中国第一号陨石坑的“坑缘”——一道高约150米的环形山脊，一只静卧在群山之中的巨大“海碗”呈现在我的眼前。“碗”的直径有一两公里，收纳着几十户人家，田园牧歌，鸡犬相闻。
因为奇特的地貌特征，当地人把它叫做“圈里”，“碗”之外的世界则叫“圈外”。他们祖祖辈辈生活在“大海碗”里，多种植玉米和大豆，“碗”很慷慨，他们的收成一直不错。长久以来，淳朴的“圈里人”一直以为自己生活在一个小盆地中。一些“怪事”偶尔困扰他们——如果往地下深挖，就能挖出一种可以当肥料的黑土，晒干之后还可以烧；另外“圈里”的水质不太好，口感有些涩。
实际上，学者们早就注意到了这一奇特的地貌。20世纪70年代初，这个大坑被认为是盆地漩涡状构造。到了八九十年代，有学者推断该坑为陨石撞击形成。2000年，中国地质大学的覃功炯教授曾带着队伍在这里驻扎了一段时间。不过，所有的这些研究都没有取得最关键的证据。在国际科学界，陨石坑要获得认证，最关键的“DNA”有三类——矿物击变面状页理，矿物击变玻璃，冲击形成的高压多形(柯石英、斯石英等)，找到其中一类即可“验明正身”。
陈鸣提到，经过多方调查后最终将研究目标锁定在辽宁岫岩，是他的“幸运”。可即使这样，从他开展研究到获得国际承认，也足足耗费了4年的时间。
“证明一个陨石坑的身份竟然这么麻烦。”我不禁感叹道。
听着关于岫岩科考的种种回忆细节，我仿佛进入了一个困难丛生的悬疑案件——除了资金紧张、缺乏支持外，陈鸣的团队还遇到了其他种种障碍。例如，为了获得地层深处的新鲜岩石证据，他们进行了地质钻探。一般来说，一个三四百米深、直径11厘米的岩芯孔，钻探队20天左右就能完工，可在岫岩却整整打了5个月。厚层的淤泥和疏松的砾岩层成为拦路虎，只要钻头离开岩层，钻洞就迅速被淤泥和散碎的砾岩填满了。几次反复后，技术人员只好用钢管和泥浆浇筑“护壁”，才能往下缓慢推进。
“压力很大，可我们真的非常幸运，只打了一个孔，就找到了拥有核心证据的岩石。”陈鸣说。
经过验证，三类典型的陨石坑“DNA”，岫岩陨石坑全部符合，证明了其撞击起源的出身。而从拿到确切证据，到论文发表，还经历了一段漫长的日子。“我力求严谨，好让这次中国陨石坑之梦不再落空。”2010年7月，中国境内首个陨石坑终于获得了“身份证”。
陈鸣告诉我，不仅仅是岫岩陨石坑，许多大型陨击构造的确定都经历过数十年的反复探索。美国巴林杰陨石坑和德国里斯陨石坑曾在相当长的时间里被认为是火山活动的结果，南非Vredefort陨石坑在被提出陨击成因后过了30年才得到确认。至于为何如此，他解释道，陨石坑研究有发展和成熟的历程；此外，判断一个地表环形结构是不是陨石坑，也是一个综合、复杂的过程。宏观证据如外形是否为环形、碗状，坑内有无砾石层等，微观则是需要找到岩石和矿物冲击变质的证据。其他如地层层序相反、陨石碎片、特殊元素地球化学异常等也可作为判定参考。而在所有这些证据中，被撞击靶岩发生的冲击变质结果才是核心的诊断性证据，其他的都是附加判别依据。
这样严苛的判断标准是有原因的，在地球环境中，环形构造的形成原因很多，好似悬疑案件中巨大的干扰信息——地壳地质构造变动、喀斯特天坑、盆地、冰斗、火山口、地表岩石的风化剥蚀等都能形成环形构造。它们的形貌看起来和陨石坑十分相似，“基因”却是大相径庭。以中国来说，曾被疑似为陨石坑的贵州息烽环形构造后被学者证实为古老的盆状向斜在构造作用下形成的涡旋构造，而粤北始兴县的“龙斗攀”环形坑则是山间河谷型侵蚀盆地。而在这所有的干扰中，微观的冲击变质证据有着独特的优势——以矿物击变面状页理为例，在地球上除了陨石撞击和核爆炸，任何其他地质作用包括火山喷发、构造运动和地球深部高温高压等都不可能在矿物中产生这种特殊的矿物变形特征。
今天，笼罩在“圈里”大海碗之上的层层迷雾终于消散，中国陨石第一坑的曲折身世和底细也终于呈现于世人面前——从地面向下，先是107米厚的湖泊相沉积物，再往下则是厚度为188米的冲击角砾岩，然后才是碎裂的基岩。通过放射性同位素定年分析，这一撞击事件约发生在距今5万年前，击中岫岩的陨石直径不超过100米，却爆发出数百颗原子弹的威力。这巨大的能量不仅让陨石在天际大冲撞一刻化为无数碎片和气化，还撞出来一个直径1800米、深度近500米的大坑。在漫长的岁月里，这个坑曾发育成为湖泊，3.9万年前坑缘出现了缺口，遂逐渐演变为今天的碗形凹地。这也解释了“圈里”的种种怪现象——大坑里水源丰富，植被茂盛，使土壤变成了含碳量较高的黑色泥炭土，易燃烧。泥炭土层中的水不流动，所以水质不好，所谓浮油则可能是腐殖质。
这个漫长的故事说完了，可我心中的疑问仍在生长着。似乎感觉到了这一点，陈鸣老师补充道：“陨石坑的发现往往与一个区域的地质地貌有关，目前看来，发现陨石坑较多的国家大都位于古老地块、地质活动不太多的地方，如北美、北欧、澳大利亚等。中国地质构造活动十分活跃，板块俯冲、造山运动、火山作用和风化侵蚀等都会侵蚀、破坏陨石坑，难以寻觅也就在意料之中。另一个重要的原因是，陨石坑研究是多学科的交叉，涉及地质、地球物理、地球化学、同位素年代学、环境地质等诸多领域，中国虽然先后报道过一批疑似陨石坑，但由于科研能力、资金支以及国际交流等方面存在欠缺，所以在岫岩陨石坑之前一直没能找到关键证据。”
至此，这件悬疑案件终于在我心中真相大白了。
“陨石坑除了成矿、成湖，也是博物馆和旅游胜地，且具有重大的科学意义。它们带来的丰富宇宙信息也异常珍贵，在美国，陨石坑是航天员们重要的训练基地，也是研究宇宙飞船如何软着陆的试验场。”陈鸣道。
对于岫岩陨石坑，他希望这个“大海碗”能成为中国的陨石坑博物馆。“德国的里斯陨石坑几乎看不出坑形，却举世闻名，访客络绎不绝。中国这么大，却没有一个类似的科普基地，实在是遗憾。”
在采访结束时，他郑重地说，中国很可能不止一个陨石坑，有待人们继续发现和证实。而关于岫岩陨石坑的深入研究工作，也不过算是刚刚启程。
陨石坑，地球上宇宙礼物的魔盒，它们还会带给人类怎样新鲜的宝藏，激发出怎样的惊喜呢？
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