來(lái)源：科技導(dǎo)報(bào)

　　小行星撞擊地球既能帶來(lái)“禍”，比如誘發(fā)地球氣候環(huán)境災(zāi)變、生態(tài)系統(tǒng)完全崩潰和地球生物物種大滅絕;也能帶來(lái)“福”——形成大量可供開(kāi)采的金、鐵、鉆石、煤等礦山，同時(shí)迫使人類(lèi)不斷提高預(yù)測(cè)及規(guī)避小行星撞擊的能力。

　　行星與地球的撞擊坑

　　人類(lèi)賴(lài)以生存繁衍的地球和社會(huì)的持續(xù)發(fā)展受到了諸多自然因素和人為因素的潛在威脅。自然因素包括小行星撞擊地球、大面積火山爆發(fā)和強(qiáng)烈地震與海嘯等;人為因素中，如全球性核戰(zhàn)爭(zhēng)，人類(lèi)不可持續(xù)發(fā)展的錯(cuò)誤行為等。在地球演化的漫長(zhǎng)歷史中，小行星撞擊地球是誘發(fā)地球氣候環(huán)境災(zāi)變、生態(tài)系統(tǒng)完全崩潰和地球生物物種大滅絕的元兇。小行星撞擊地球誘發(fā)的巨大劫難，涉及地球上全部生物物種和人類(lèi)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，也是人類(lèi)命運(yùn)共同體如何能夠得以有序健康發(fā)展的一個(gè)重大科學(xué)問(wèn)題。

　　根據(jù)最近的觀測(cè)與統(tǒng)計(jì)，地球附近的近地小行星約有 18000 個(gè)，其中直徑大于 1 km 的近地小行星約 800 個(gè)、直徑大于 140 m 的近地小行星約 8000 個(gè)。它們運(yùn)行的軌道多種多樣，撞擊地球的概率也比較高(圖2)。

　　圖2 近地小行星的直徑、數(shù)量和發(fā)現(xiàn)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)　　小行星運(yùn)行速度約為 45km/s，地球圍繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的速度是30km/s，假如正面相撞，相對(duì)速度可能達(dá)到 75 km/s，即使小行星從后面“追”上地球，速度也可達(dá) 15 km/s。小行星高速?zèng)_進(jìn)地球大氣層，壓縮前端的大氣層分子，形成強(qiáng)大的高溫高壓沖擊波，沖擊波撞擊地面，誘發(fā)強(qiáng)烈的地震和海嘯，引發(fā)森林大火，使撞擊的靶巖氣化、熔融、破碎和濺射，挖掘出一個(gè)巨大的撞擊坑。一個(gè)直徑 1 km 左右的小行星撞擊地球，大概可以形成直徑 15km 的撞擊坑。撞擊過(guò)程產(chǎn)生的各種氣體、塵埃和森林燃燒的灰燼彌漫充斥整個(gè)大氣層，遮住陽(yáng)光，使整年平均溫度下降幾度。

　　地球表面保存有 180個(gè)由小行星撞擊形成的巨大的撞擊坑，分布在 33個(gè)國(guó)家(圖 3)。在地球演化的歷程中，每一個(gè)撞擊坑的形成，小行星都曾經(jīng)扮演過(guò)誘發(fā)地球氣候環(huán)境災(zāi)變、摧毀地球生態(tài)系統(tǒng)的肇事者。由于地球 72%的表面積被海洋覆蓋，很難發(fā)現(xiàn)海底的撞擊坑;地球內(nèi)力作用產(chǎn)生的板塊運(yùn)動(dòng)、火山爆發(fā)、地震活動(dòng)及其引發(fā)的海嘯，破壞和摧毀了一些撞擊坑;地球外力的搬運(yùn)、沉積等作用掩埋了一些撞擊坑，使地球表面殘留的撞擊坑非常稀少。

　　月球的內(nèi)力作用比較微弱，表面沒(méi)有大氣層，屬于超高真空，沒(méi)有任何大氣活動(dòng)，致使月球表面的撞擊坑保存完好。月球表面大大小小的撞擊坑密集分布，直徑大于1 km 的撞擊坑超過(guò) 3.3 萬(wàn)個(gè)，直徑大于 10 m的撞擊坑估計(jì)超過(guò) 10億個(gè)(圖 4)。水星和火星表面也布滿(mǎn)了大大小小的撞擊坑。小行星撞擊行星和衛(wèi)星以及小行星與小行星之間的相互碰撞，是太陽(yáng)系中比較普遍且經(jīng)常性的相互作用。

　　地球之“禍”，生態(tài)環(huán)境災(zāi)變與物種滅絕

　　小行星撞擊地球，首先小行星以高速?zèng)_進(jìn)地球的大氣層，壓縮前端的大氣，形成超高溫、超高壓的沖擊波(圖5)。

　　強(qiáng)大的沖擊波將摧毀前進(jìn)方向上的一切生命物質(zhì)，使一切可燃燒的物質(zhì)燃燒，引起森林大火甚至全球大火。燃燒形成的灰燼與二氧化碳以及撞擊靶巖濺射的塵埃、氣溶膠和熔融的巖石細(xì)小球粒，彌漫于高層大氣中。破碎的巖石碎屑和碎塊，濺射散落在撞擊坑外圍。

　　超高溫高壓的沖擊波使大氣中的氮?dú)庑纬裳趸�氮，形成�?qiáng)酸雨的沉降，加速了動(dòng)植物的死亡和地面的侵蝕。

　　強(qiáng)大的沖擊波撞擊地面，挖掘出一個(gè)直徑幾十千米甚至 200多千米的撞擊坑，相當(dāng)于撞擊體100~200倍的地殼巖石與土壤受到高溫高壓沖擊波的撞擊而氣化、熔融、破碎、濺射，并產(chǎn)生巨大的海嘯與地震，摧殘地球的生命。

　　若撞擊靶區(qū)是海洋，激起幾百米的巨浪和最強(qiáng)烈的海嘯與地震，沿岸數(shù)千千米的地區(qū)將淪為汪洋一片，大量的海水蒸發(fā)、濺射并挖掘出大量海底的沉積物與巖石粉塵拋射到平流層中滯留，海洋中大量生物死亡。

　　平流層彌漫著高濃度的粉塵和煙塵，屏蔽太陽(yáng)光和熱輻射，地球表面接受的太陽(yáng)輻射將減少90%，地表急劇降溫，海平面下降，冰雪覆蓋面擴(kuò)大，植物的光合作用受到抑制，甚至大批植物死亡，以植物為食的動(dòng)物因食物鏈中斷而死亡;“黑暗的、寒冷的冬天”突然降臨，新的冰期誕生，加劇生物物種的滅絕。

　　地球經(jīng)歷漫長(zhǎng)時(shí)期的生態(tài)重建，隨著溫室效應(yīng)的加劇，氣溫的升高，海平面上升，使氣候逐漸恢復(fù)正常。某些生物種屬的復(fù)蘇和大批新的物種滋生、繁衍，地球又恢復(fù)了蓬勃生機(jī)。

　　6500 萬(wàn)年前，100 多萬(wàn)種生物物種在地球上滋生繁衍，萬(wàn)類(lèi)霜天競(jìng)自由，一派欣欣向榮的景象�？铸埵钱�(dāng)時(shí)地球上形體的物種，是地球生物界的霸主。一個(gè)直徑約 10 km的小行星突然沖進(jìn)地球的大氣層，壓縮前端的大氣，形成高溫高壓的強(qiáng)大的沖擊波撞擊地面。小行星撞擊地球的一系列后續(xù)效應(yīng)，導(dǎo)致了地球的生態(tài)系統(tǒng)徹底崩潰。以恐龍為代表的地球全部生物物種中，70%的物種在這場(chǎng)劫難中滅絕。

　　1983年，周磊研究白堊系—第三系界面生物大滅絕事件的起因。他在中國(guó)西藏拉薩附近崗巴地區(qū)的地層中找到了白堊系—第三系界面的海相沉積的界面層。6500萬(wàn)年前，西藏還沒(méi)有出現(xiàn)喜馬拉雅山脈，屬于特提斯海，后期的喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)將海底的沉積層抬升，使白堊系—第三系界面層出露(圖 6)。根據(jù)周磊對(duì) 3 處界面層的精細(xì)對(duì)比研究，確證是一個(gè) 10 km大小的小行星撞擊地球?qū)е碌臍夂颦h(huán)境災(zāi)變與生物物種滅絕事件，有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)如下。

　　1)在白堊系—第三系地層剖面的界面層中，發(fā)現(xiàn)含有大量由小行星撞擊靶巖石氣化熔融過(guò)程產(chǎn)生的熔融狀細(xì)小球粒。通過(guò)界線層中沉降熔融球粒的粒度與總量計(jì)算，反演撞擊體的能量、熔融靶巖的總量，獲得了塵埃沉降的持續(xù)時(shí)間。

　　2)在幾厘米厚度的界面層黏土中，發(fā)現(xiàn)銥、釕、鈀、銠、鉑、鎳、鉻、鈷等鉑族與親鐵元素含量異常高，比上下層位及地殼的平均值高1~3個(gè)量級(jí)。

　　3)界線層中某些元素的相對(duì)比值顯示出典型的小行星(隕石)物質(zhì)的特征，與地殼元素的相對(duì)比值差異極大，表明了界線層中有地外物質(zhì)的貢獻(xiàn)。計(jì)算出造成這一次生物物種滅絕事件的元兇是一顆直徑約 10 km 的小行星撞擊地球。

　　4)界線層中發(fā)現(xiàn)有極少量的、由植物燃燒形成的炭灰。超強(qiáng)的沖擊波使撞擊區(qū)域的森林燃燒，森林大火引燃大區(qū)域甚至全球性大火。國(guó)外一些界線層中的炭灰中也發(fā)現(xiàn)有森林大火形成的多環(huán)芳烴等化合物。

　　5)界線層中發(fā)現(xiàn)有由超強(qiáng)沖擊波使地面某些礦物結(jié)構(gòu)更為致密、形成同質(zhì)異構(gòu)的超密礦物，如石英轉(zhuǎn)變?yōu)榭率�英�?/p>

　　6)系統(tǒng)測(cè)定地層剖面的碳、氧同位素組成，發(fā)現(xiàn)界面層的碳、氧同位素組成有明顯的突變。氧同位素的系統(tǒng)研究表明，撞擊后年平均溫度明顯下降(l2±4)℃。證明有大量森林燃燒的灰燼、撞擊靶巖石濺射的粉塵、靶巖石熔融形成的玻璃質(zhì)細(xì)小球粒和氣溶膠顆粒等，長(zhǎng)期密布和滯留在高層大氣中，遮住了 70%的陽(yáng)光，地球變得黑暗和寒冷，植物不能進(jìn)行光合作用而大批死亡。以植物為食物的動(dòng)物，由于食物鏈的中斷而大批死亡。碳同位素的系統(tǒng)研究表明有大量生物物種的死亡與滅絕。根據(jù)碳、氧同位素組成的研究，經(jīng)歷近萬(wàn)年，逐漸恢復(fù)正常。

　　1990 年一次偶然的發(fā)現(xiàn)并證實(shí)，6500萬(wàn)年前導(dǎo)致以恐龍為代表的70%地球的物種滅絕的肇事者——直徑約 10 km的小行星撞擊在現(xiàn)今的墨西哥尤卡坦半島的魔鬼角，形成直徑180 km的�？颂K魯伯撞擊坑(Chixulub Crater)。撞擊坑的一部分在半島的陸地上，另外一部分在近鄰半島的海洋里。圖 7左下圖是藝術(shù)家為 6500 萬(wàn)年前小行星撞擊后形成的�？颂K魯伯撞擊坑繪制的重建圖。

　　1990年，在發(fā)現(xiàn)墨西哥尤卡坦半島魔鬼角希克蘇魯伯撞擊坑之后，科學(xué)家對(duì)撞擊坑進(jìn)行了系統(tǒng)的地質(zhì)勘查，繪制了撞擊坑的剖面結(jié)構(gòu)圖，確認(rèn)是具有典型的撞擊坑結(jié)構(gòu)特征。相繼在離撞擊坑中心不同的距離進(jìn)行鉆孔取樣研究，恢復(fù)了撞擊坑的形成過(guò)程，發(fā)現(xiàn)小行星撞擊后發(fā)生過(guò)強(qiáng)烈的地震和巨大的海嘯記錄(圖8)。

　　人類(lèi)之“福”：天外飛來(lái)的“金山銀山”

　　任何一件事情有負(fù)面也有正面，小行星撞擊帶來(lái)全球性氣候環(huán)境的災(zāi)變和生物物種的滅絕，但是也會(huì)給人類(lèi)帶來(lái)福祉。

　　18.5億年前有一個(gè)小行星撞擊加拿大薩德貝里地區(qū)，形成了一個(gè)直徑超過(guò) 100 km 的薩德貝里撞擊坑。后來(lái)這個(gè)撞擊坑被構(gòu)造運(yùn)動(dòng)擠扁，成為橢圓形。筆者考察過(guò)薩德貝里撞擊坑的形成過(guò)程，由于小行星撞擊以后，深部產(chǎn)生了很多的裂縫，引發(fā)深部基性巖漿上升，形成了超大型的銅鎳礦和鉑金族元素礦，現(xiàn)在在撞擊坑的周?chē)�建立了很多采礦的礦山，對(duì)加拿大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮了重要作用(圖9)。

　　南非盛產(chǎn)黃金和鉆石。19 億年前由于小行星撞擊南非維特握特斯蘭德盆地形成弗里德佛撞擊坑，筆者曾對(duì)此撞擊抗進(jìn)行過(guò)考察。小行星撞擊后產(chǎn)生的撞擊斷裂帶熱液活動(dòng)強(qiáng)烈，形成許多大型的金礦床。形成的斷裂帶并誘發(fā)了深部巖漿噴發(fā)，形成大量的金伯利型金剛石礦床�，F(xiàn)在在南非弗里德佛撞擊坑周?chē)�分布有眾多的黃金和鉆石礦床。

　　在俄羅斯西伯利亞雅庫(kù)梯地區(qū)發(fā)現(xiàn)的撞擊坑，是一個(gè) 70萬(wàn)年前由于小行星撞擊而形成的撞擊坑。由于受撞擊的地層中富含碳，小行星撞擊產(chǎn)生的高溫和高壓使地層中的碳轉(zhuǎn)變成了鉆石，現(xiàn)在已經(jīng)由一個(gè)大型鉆石礦開(kāi)采。據(jù)俄羅斯科學(xué)家估計(jì)，這些鉆石可以供應(yīng)全世界使用300年(圖10)。

　　還有科學(xué)家設(shè)想，能不能“抓”一個(gè)小行星來(lái)，讓它在月球外圍運(yùn)行以便于礦物等資源的開(kāi)發(fā)開(kāi)采。一個(gè)直徑 1 km、質(zhì)量 20億 t的金屬型小行星，可開(kāi)采 3000萬(wàn) t鎳，150 萬(wàn) t鈷和 7500 t 鉑金�？茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)靈神星(16 Psyche)距離地球3.7億 km，這顆直徑 200 km的金屬小行星主要成分是鐵、鎳、鉑和黃金。如果未來(lái)人類(lèi)將靈神星牽引到月球附近進(jìn)行采礦作業(yè)，將有用金屬運(yùn)回地球，其資源價(jià)值約為1000億億美元。

　　地球表面有些撞擊坑逐漸形成了湖泊，有些撞擊坑在后期的地質(zhì)作用過(guò)程中成為可供開(kāi)采的煤礦、磷灰石礦和油氣盆地等，有些撞擊坑成為秀麗的風(fēng)景區(qū)。加拿大有一個(gè)撞擊坑成為很大的蓄水庫(kù)。還有一些國(guó)家在撞擊坑附近建設(shè)科普館，將撞擊坑開(kāi)發(fā)為旅游和科普教育的基地(圖 11)。正如老子所說(shuō)，“禍兮福所倚，福兮禍所伏”，事物有兩面性，要辯證分析和看待。

　　未雨綢繆：人類(lèi)科技的“神級(jí)助攻”

　　科學(xué)家對(duì)小行星撞擊地球誘發(fā)的重大災(zāi)難事件進(jìn)行過(guò)概率分析，類(lèi)似于通古斯大爆炸事件約100 年有 1 次發(fā)生概率;對(duì)于 6500萬(wàn)年前發(fā)生的恐龍滅絕事件，約每1億年有 1次發(fā)生概率。人們擔(dān)心，以后地球還會(huì)不會(huì)遭到小行星撞擊?如何規(guī)避小行星撞擊地球的災(zāi)難?

　　在人類(lèi)緊急狀態(tài)會(huì)議中有一項(xiàng)議題就是如何規(guī)避小行星撞擊地球。現(xiàn)在全世界的科學(xué)家聯(lián)合起來(lái)監(jiān)測(cè)小行星，測(cè)定小行星的運(yùn)行軌道，提前預(yù)報(bào)或預(yù)警小行星撞擊地球的概率并提出規(guī)避小行星撞擊地球有關(guān)措施。

　　如何規(guī)避小行星撞擊地球，在網(wǎng)絡(luò)上也成為人們熱烈議論的話題。提出一些實(shí)施措施：1)利用導(dǎo)彈或核裝置對(duì)小行星進(jìn)行攻擊，使小天體改變軌道;2)用核裝置直接炸毀小行星以減小撞擊地球的危害性;3)在小行星體表面上安裝一臺(tái)大型火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，或者一個(gè)“太陽(yáng)帆”，把小行星從撞擊地球的軌道上推開(kāi);4)改變小天體顏色以改變它的反照率和吸熱率，使小行星自行改變軌道;5)發(fā)射人造天體，把它調(diào)整到和小天體平行，并使兩者的相對(duì)速度為 0，然后用機(jī)械力推動(dòng)小行星，使之改變軌道等。

　　現(xiàn)在航天技術(shù)完全有能力規(guī)避小天體撞擊地球，在計(jì)算小行星運(yùn)行軌道的基礎(chǔ)上，可以發(fā)射一艘飛船著陸在小行星上，飛船攜帶有一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)朝某一個(gè)方向輕輕加一點(diǎn)作用力，致使小行星的運(yùn)行軌道與地球擦肩而過(guò)，地球?qū)�安全�?guī)避小行星的撞擊。這非常類(lèi)似于武俠小說(shuō)中的“四兩撥千斤”，只要人類(lèi)有了準(zhǔn)備，一定可以規(guī)避小天體的撞擊。科學(xué)技術(shù)應(yīng)該是地球全部生命的保護(hù)神。

　　作者簡(jiǎn)介：歐陽(yáng)自遠(yuǎn)，中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究員，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)顧問(wèn)，中國(guó)科學(xué)院院士，發(fā)展中國(guó)家科學(xué)院院士，國(guó)際宇航科學(xué)院院士，中國(guó)月球探測(cè)工程首任首席科學(xué)家，研究方向?yàn)榈厍蚧瘜W(xué)、天體化學(xué)、比較行星學(xué)、地外物體撞擊地球誘發(fā)生態(tài)環(huán)境災(zāi)變與生物滅絕。