陨石坑

[拼音]：yunshikeng

[外文]：meteorite crater

陨石体高速撞击地面或其他天体表面时产生冲击和爆炸，使岩石熔融和气化，并抛射出基岩物质而形成的凹坑。也称陨石冲击坑。在一些行星和卫星，如月球、水星、火星及其卫星表面上的大陨石坑，又称环形山。由于大的地外物体穿过大气层时减速不大，因而其撞击效应是很强的。例如，一个直径7米、重约1000吨的物体以10～20公里／秒的速度穿过大气层而撞击地球表面，所产生的能量相当于2万吨TNT炸药的爆炸能量，这与世界上第一颗原子弹的能量差不多，所形成的冲击坑直径大于 200米。撞击的动能(K)决定于陨石的质量(M)和冲击速度(v)，即：

爆炸试验表明，陨石坑的直径D与冲击体爆炸的能量W之间有如下的关系式：

D=49W ^0.294。

一般说来，坑的直径约为冲击体直径的50倍，而被震裂和抛出坑外的岩石体积约为冲击体体积的几百倍。抛射物沉降区的直径约为坑直径的两倍。

近20多年来，地球表面上所发现的陨石坑数目剧增，据统计，有110个左右。其中最著名的是美国亚利桑那陨石坑（如图）。陨石坑大小不一，小的如沙特阿拉伯的瓦巴陨石坑，直径约100米；大的如加拿大的马尼夸根和南非（阿扎尼亚）的弗里德堡构造。地表最大的陨石坑是苏联西伯利亚的波皮盖坑，直径为100公里。

判定陨石坑的标志

根据对陨石坑现场的实际调查和对主要造岩矿物冲击效应的研究，结合核爆炸和人工冲击模拟试验研究的结果。判定陨石坑的主要标志有：

（1）陨石坑一般为圆形构造。目前对地表数十个陨石坑探测的结果表明，它们多为圆形构造，较古老的坑由于受构造运动的影响也有呈椭圆形或腰子形的。

（2）大多数陨石坑都保存有较好的坑唇，即环形山坑缘。它是由抛射物沿坑的边缘堆积而形成的。有一些陨石坑由于形成年代老，坑唇多被侵蚀掉，有时冲击坑本身也被剥蚀，因而不易被识别，但残留的强形变和震裂岩石为一圆形区域这一特点仍可被辨认。

（3）坑底结构较复杂。坑底的岩石在受到巨大陨石轰击后，由于应力释放而产生一定程度的回弹，故在一些大的陨石坑底部常出现中央隆起的状况；由于坑底岩石遭到破坏，使人工地震波的反射极不规则；重力法的测定结果表明，陨石坑为重力负异常，而火山喷发为正异常。此外，一个巨大陨石的轰击，有可能触发或控制深部岩浆的侵入，如加拿大著名的镍矿床所在地──萨德伯里构造已被证实为一个复合构造，其深部升上来的含矿岩浆重叠在大的陨石轰击构造之上。陨石轰击，触发深部岩浆上升并溢出地表充填于坑内的现象，在月球表面较常见，在地球表面亦有所见。

（4）常有陨石碎片或铁－镍珠球等残留物存在于冲击产物中。迄今为止，还从未在任何一个地表陨石坑中挖掘出陨石冲击体本身，然而在质量较小的陨石所轰击形成的坑内大都能找到它的残留物。如目前地表已找到陨石碎片的10多个冲击坑的直径都较小，一般只有几十到上百米，最大的亚利桑那陨石坑直径为1200米。质量大的陨石，由于它高速撞击地表后容易爆散和蒸发，极难在坑中找到其残片。如在直径为24公里的里斯坑（爆炸能量大于 10²¹焦耳）中至今仍未找到陨石的残留物。但不久前在坑底岩石的粒间裂隙内发现了铁-铬-镍（含少量硅和钙）的微细粒子及细脉，认为是由气化了的陨石冲击体经凝聚而形成的，这也是识别陨石坑的重要标志。

（5）角砾岩和震裂锥的存在。大量的角砾岩，大都是杂乱无章地与不同的岩性碎屑混合在一起。这些角砾岩含有大量熔融的或部分熔融的玻璃质击变岩。冲击波通过某些岩石类型时，就产生震裂锥，单个锥体的大小，从小于1厘米到15厘米或更大，顶端稍钝，锥体项角一般为90°，表面有很多沟槽，呈马尾构造，锥体的顶端都有指向该冲击构造中心的趋势。在石灰岩、白云岩、石英岩、片麻岩和页岩等许多岩石类型中都观察到有震裂锥。目前在地表冲击位置上，包括萨德伯里构造、里斯和施泰因海姆盆地、弗林克里克等数十个冲击构造中都发现了震裂锥。现已证明，震裂锥本身已能作为陨石轰击的独特标志。

（6）矿物的冲击效应标志。造岩矿物均显示冲击效应。与陨石坑有关的矿物冲击效应为：第一，在非常高的应变率下，矿物发育有特征的微观和亚微观结构，如石英、长石、云母、辉石、角闪石、橄榄石的形变、微裂隙、微页理和扭折条带等构造，其中石英的{10妷3}和{10妷2}等多方向的微页理是冲击成因的独特标志。第二，在固态下的相转变，如石英转变为柯石英和超石英，以及转变为继形硅氧玻璃，石墨转变为金刚石等。第三，矿物的热分解、熔融以及出现流动构造，特别是在同一岩石中结晶体的玻璃体并存，如石英、长石已转变为玻璃相，而深色矿物仍保留晶质相。在强冲击情况下，玻璃体内的难熔矿物亦发生分解，如有的坑内钛铁矿、金刚石、铁板钛矿和斜锆石等已熔成液滴状。

研究陨石坑的意义

（1）为地球、月球、水星、火星及其卫星表面圆形坑和环形山构造的陨石轰击成因假说找到依据，从而确定陨石坑的存在时间和分布情况。同时为研究巨大陨石的撞击，对地球和其他星球的形成，原始热和自转轴变迁的影响，以及为研究岩浆活动，突变事件和星球演化提供宝贵的资料。

（2）对矿物和岩石冲击变质的研究，将进一步丰富岩石学、矿物学、结晶学和高温高压地质学的内容，并为了解地幔物质性状和物理化学特点，即为地球深部的研究提供参考依据。也可以从冲击效应特征推定岩石受轰击时的温度和压力历史，从而对于了解地面及地下核试验和人工爆破的威力，破坏半径，以及对工程防护和对金刚石等矿物的合成具有一定实用意义。

（3）由于巨大陨石轰击能引起地下岩浆上升、侵入和成矿，因而出现了把外来作用和地球深部作用联系起来的新成岩成矿理论。

（4）研究地表陨石坑的分布、形态、锥度，特别是受轰击后的变质作用，可直接推断陨石下降时的方向、速度、质量、以及烧蚀破裂情况，为宇宙飞船软着陆提供依据。（见彩图）

参考文章

• 陨石坑MeteorCrater地球科学

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陨石坑百科介绍

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