如何看待格陵兰岛西北部冰川下发现一个直径 30 公里的大型陨石坑？
已经写了详细版解读：格陵兰岛发现大型陨石坑——洪荒岁月的冰与火之歌，这里从另一个角度来讲一下这个问题。（后半部分不同）  和我们上次介绍的那个埋藏在湖里的芬兰陨石坑一样，这次的格陵兰陨石坑也是地表上完全看不到的——Hiawatha冰川区域的表面被冰层完全覆盖，看不到明显的陨石坑形态。 对这些表面看不到痕迹的陨石坑，主要是通过地球物理或者遥感手段获得的，比如尤卡坦半岛的那个陨石坑主要是通过地磁和重力数据发现的，上次介绍的湖里的芬兰陨石坑是通过电磁数据发现的。而这次，Kjær团队是借助1997-2016年的多次机载雷达观测资料，“透过”表面在冰层之下找到的这个圆形洼陷。 这个陨石坑的大小也是通过雷达数据揭示的。雷达数据显示该洼陷坑直径约31公里，深约300多米——这个直径是陨石坑经过侵蚀后的直径，所以有可能是低估的。 此外，坑中央有略微的隆起以及零星中央峰的痕迹，这和大型撞击坑在高压撞击之后常有的岩石回弹特征吻合。 除了陨石坑，冰下还保留了两条古老河道的遗迹：2条约5公里宽，500米深的冰下河道在向下游（北方）流动的过程中在洼陷坑的南部汇合，然后冲破洼陷坑的东南缘流入了坑内。而在坑的另一侧（下游一侧），还有一个明显的小缺口，这是冰流从这里流出的证据。  需要找到剧烈冲击作用的痕迹，比如一些冲击变质作用的产物（撞击角砾岩、柯石英、斯石英、微粒钻石等），而其中最决定性的实锤，是一种叫作面状变形构造（Planar deformation features，简称PDFs）的微观特征，需要在显微镜下才能看到。经历过陨石撞击引起的高压冲击作用的硅酸盐矿物（通常是石英或长石）晶粒中可能会产生一组或多组平行于不同方向的线性裂隙，平行裂隙之间的间距一般在十几到几十微米量级。 这是一种只可能出现在高压冲击作用现场的产物。至少在目前的科学共识里，想要证明地球上的某个坑是陨石坑，就必须要找到PDFs才算数。 2016年7月，Kjær团队前往Hiawatha冰川边缘对这里的地质情况进行实地考察，并对附近三处冰水沉积物进行了采样。  在这三处样本中，只有HW21-2016沙土样本中发现了PDFs——这已足够证实这个圆形洼陷确实是陨石撞击形成的。 格陵兰冰原下发现的这个直径不少于31公里的Hiawatha陨石坑，面积约有7个巴黎那么大，是地球上已知的25个最大的陨石坑之一，而且还是地球上这一规模的陨石坑中唯一一个形态保存良好，没有完全被地质侵蚀抹平，至今尚能观察到凹陷地形的陨石坑。  判断一个陨石坑的形成时间，最直接的方式是通过放射性元素定年。 然而，通过对三处沉积物样本成分的进一步分析表明，HW21-2016样本之外的其他两处样本应当和当时的撞击事件无关；而HW21-2016样本虽然和撞击事件有关，但不太可能来自陨石坑内部的撞击熔融层，而更可能来自撞击挖掘出的溅射物——也就是说， HW21-2016样本沉积物没有经历过撞击之后的成岩过程（也就是熔融之后再次结晶），不适合用来通过放射性定年直接判断Hiawatha陨石坑的形成年龄。但通过其他地质证据，还是可以对Hiawatha陨石坑的大致形成年代进行一定的推测，例如： 1）雷达观测数据揭示了覆盖在Hiawatha陨石坑之上厚达900多米的冰层结构，通过与之前的格陵兰冰芯钻孔结果进行对比，可以知道不同冰层的形成年代。 结果表明Hiawatha陨石坑之上主要覆盖了三层不同时期的冰层：最上层是年轻而且连续分布的全新世（1.17万年至今）冰层；而中间和下层是较老的、充满碎屑而且分布分散的末次冰期冰层（11.5到1.28万年前）和基层冰层。少量区域在全新世冰层和末次冰期冰层之间还可以发现一些新仙女木冰期（1.28-1.17万年前）的冰层。 但也不能因此认为Hiawatha陨石坑一定形成于末次冰期之前，因为这些较老的冰可能是陨石坑形成之后从河道里流进坑内的。  2）另一方面，Hiawatha陨石坑明显切割了下游（北部）的一些河道，还让一些河道改变了方向，因此Hiawatha陨石坑应当形成于这些河道之后，而这些河道据推测应当形成与更新世开始（260万年前）之前。  3）再加上Hiawatha陨石坑至今还没有被各种侵蚀作用所抹平，Kjær团队倾向于认为Hiawatha陨石坑应该相当年轻，最起码不太可能早于更新世开始（260万年前）的时候。  至于这次撞击事件是否和我们已知的某次全球性或者半全球性气候变化有关，可能性存疑。不仅是年代有可能对不上，而且这个尺度的撞击并不算大，不太可能引起很大范围的气候变化。  Kjær团队还发现HW21-2016样本中有含量较高的镍、钴、铂系元素等亲铁元素，这有效排除了撞击体是碳质球粒陨石、普通球粒陨石、顽火球粒陨石等岩质陨石的可能性，而是指向了更为罕见的铁陨石——表明当时的撞击体是一颗铁质小行星或者小行星碎片。 Kjær团队根据对如今形成的陨石坑大小推测： 如果当时这一带没有冰层覆盖，那么这个撞击体直径约有1.5公里，以十几公里每秒的高速撞击地表后会首先产生一个直径约20公里，深约7公里的瞬时坑； 随后，瞬时坑会由于重力作用在一分钟以内迅速坍塌，形成这个直径超过31公里，深约800米，有中央峰的复杂撞击坑。 撞击会迅速释放了相当于4700万颗广岛原子弹的能量（不过也不必太担心，因为很大一部分能量都传入了地下），产生了剧烈的光和热，融化和气化了附近20立方公里的基岩。 而在之后的漫长岁月里，这个撞击坑还会不断被各种地质活动所侵蚀抹平，变得越来越浅，到如今只剩下了300米深。 但是，考虑到更新世开始时，格陵兰冰原应当也已形成，此后的Hiawatha一带应在当绝大部分时间里都被冰层所覆盖。 所以更加可能的情况是，这个铁陨石是撞在冰层之上的。如果是这样的话，那么实际的撞击体和撞击规模都应当比前面的估计还要大。  格陵兰地区之前曾经有过多次多地的冰芯钻孔采样，但没有在这些冰芯采样中找到任何于这次撞击有关的溅射物。 作者对此的推测是这是一次撞击倾角小于45度的倾斜撞击，也就是说撞击产生的溅射物是不对称的，如果撞击体是从下图红色尖头的反方向低角度入射的话，那么之前的钻孔采样点都会处于撞击溅射物的“空白”区，所以没找到。  典型的倾斜撞击的例子：  但这部分作者团队对撞击和撞击溅射物的理解应该是值得商榷的。 首先，作者对撞击溅射物的厚度分布应当是过分高估了的。这个尺度的撞击应该参考地球上同尺度的Ries陨石坑，而事实上Ries陨石坑告诉我们，撞击溅射物并不怎么会飞到那么远的地方，差不多在距离撞击坑3-4个半径左右之后溅射物就非常少了，而距离这个格陵兰陨石坑最近的钻孔点（上图的Camp Century）也有接近300公里，超过了20个半径，没有找到溅射物是非常正常不过的。 此外，作者对连续溅射毯的理解似乎也有问题。确实理论上来说，距离撞击坑边缘越近，溅射物厚度越厚，而越远就越薄，于是我们对溅射物厚度随距离的分布确实可以有一个经验公式，按照那个公式，即使是距离很远，也会有一定的溅射物厚度（几毫米），于是作者认为，那也应该可以找到痕迹。 但事实上，撞击坑的溅射物只有在连续溅射毯（距离撞击坑中心3.5个半径左右，或者说距离坑缘2.5个半径左右）内才是比较确定会有较为均匀的溅射物的，而连续溅射毯之外的地方，溅射物的分布会随机得多，也就是说，经验公式推得的值只有统计意义（或者可以理解为这个半径上的平均值），并不代表这个距离的某个位置上一定可以有这么厚的溅射物。 另一方面，作者对倾斜撞击的理解也是值得商榷的。通常我们认为可以形成不对称溅射毯的倾斜撞击，要求入射角非常贴近地面，也就是说，小于45度是远远不够的，一般要小于25度甚至更小，但问题是，这么小的角度伴随的另一个结果就是——形成的撞击坑形状不会很圆，会有明显的椭圆型。但事实上，格陵兰岛这个陨石坑形态非常圆。   参考 [1] http://advances.sciencemag.org/content/4/11/eaar8173 [2] NASA | The Hiawatha Impact Crater https://svs.gsfc.nasa.gov/4572 [3] NASA | Massive Crater Discovered under Greenland Ice https://svs.gsfc.nasa.gov/12941 [4] 800,000 Deuterium Record and Shorter Records of Various Isotopic Species from Ice Cores [5] Symmetry in an Asymmetric Pattern?  