威力堪比數(shù)百萬顆原子彈，有個(gè)“大家伙”可能落在了我國(guó)南海

2023年，中山大學(xué)的肖智勇教授來到海南三亞參加學(xué)術(shù)會(huì)議。會(huì)議間隙，他決定帶著學(xué)生去三亞北部的山區(qū)考察。身為長(zhǎng)期從事行星撞擊演化研究的學(xué)者，肖智勇每到海南和兩廣出差，都會(huì)在當(dāng)?shù)貙ひ捯环N黑色石頭的蹤跡。

對(duì)照著衛(wèi)星地圖和地質(zhì)圖，師生二人驅(qū)車來到一處半山腰。碰巧的是，那片坡地上正好有農(nóng)戶在翻整果園，土地被翻了個(gè)底朝天。他們立刻下車在土里搜尋，果然找到了好幾塊黝黑光亮、形狀不規(guī)則的黑色石頭，最大的一塊甚至重達(dá)數(shù)公斤。

為何要在偏僻的山野里尋找?guī)讐K不起眼的黑石頭？事實(shí)上，它們誕生于約79萬年前一次劇烈的天體撞擊。也正是憑借在華南多地發(fā)現(xiàn)的這種黑色石頭，肖智勇團(tuán)隊(duì)為一個(gè)困擾地球與行星科學(xué)界數(shù)十年的謎團(tuán)打開了新的突破口。

肖智勇的學(xué)生在廣東湛江對(duì)含撞擊玻璃地層進(jìn)行考察丨潘卿供圖

天體撞擊的印記

肖智勇尋找的黑色石頭，在國(guó)內(nèi)俗稱“雷公墨”。唐朝古籍中就出現(xiàn)了這種石頭的記載，稱其為“霹靂石”。得名“雷公墨”可能源于南方雷雨頻繁，石頭經(jīng)常在下雨天被沖刷出來，古人就認(rèn)為它是天上的雷公畫符遺留的墨塊。

上：飛濺型（上，采自廣東湛江）和芒農(nóng)型（下，采自海南）雷公墨丨潘卿供圖

雷公墨還有一個(gè)不太科學(xué)的俗稱——“玻璃隕石”。學(xué)界曾經(jīng)存在一個(gè)誤區(qū)，認(rèn)為雷公墨是地外天體落到地球上的隕石。事實(shí)上，雷公墨并不來自地外，它就是地球本身的巖石。當(dāng)?shù)赝馓祗w以超高速度撞擊地球，地表巖石會(huì)瞬間熔融并被拋向空中。由于在極短時(shí)間內(nèi)快速冷卻，熔體沒有足夠的時(shí)間形成穩(wěn)定的礦物，最終凝固形成的玻璃物質(zhì)就是雷公墨。

雷公墨的英文名Tektite（意為“熔融形成的石頭”）正是源于這一過程。而“雷公墨”這個(gè)名字雖然生動(dòng)，但并非標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)術(shù)統(tǒng)稱。出于嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)術(shù)界一般將其稱為遠(yuǎn)撞擊濺射玻璃，簡(jiǎn)稱撞擊玻璃。

看一塊石頭是不是撞擊玻璃，絕不能僅憑黝黑的外表，而是主要依據(jù)三個(gè)物理和化學(xué)特征來判斷：

一、幾乎完全由天然的玻璃構(gòu)成。玻璃態(tài)物質(zhì)的最大特點(diǎn)是非晶質(zhì)，內(nèi)部原子排列雜亂無章，沒有類似礦物的、規(guī)律的晶體結(jié)構(gòu)。

芒農(nóng)型撞擊玻璃的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可見明暗交替的層狀構(gòu)造和密集分布的氣泡丨潘卿供圖

二、結(jié)構(gòu)水含量極低。結(jié)構(gòu)水是指進(jìn)入玻璃內(nèi)部結(jié)構(gòu)的水，主要以O(shè)H?、H?等離子形式存在，而非巖石表面的吸附水。對(duì)于地球上由火山活動(dòng)形成的天然玻璃，結(jié)構(gòu)水含量通常高于1%（質(zhì)量百萬分比），相當(dāng)于100千克的火山玻璃中，經(jīng)高溫熔融可釋放出1千克以上的結(jié)構(gòu)水。而撞擊玻璃的結(jié)構(gòu)水含量一般遠(yuǎn)低于0.04%，100千克的撞擊玻璃連40克的水都燒不出來。

三、鐵元素以二價(jià)鐵為絕對(duì)主體，三價(jià)鐵占比極低。地外天體以超高速撞擊地表，會(huì)產(chǎn)生極高的壓力和溫度，形成強(qiáng)還原的氛圍，將巖石中原本的三價(jià)鐵快速還原為二價(jià)鐵。同時(shí)，熔融物被拋射至高空后極速冷卻，沒有時(shí)間與大氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，最終固定了二價(jià)鐵為主的價(jià)態(tài)。與之相比，火山玻璃在地表的有氧環(huán)境中緩慢冷卻，三價(jià)鐵占總鐵的比值顯著更高，和撞擊玻璃的鐵元素價(jià)態(tài)差距明顯。

79萬年前的撞擊

目前全球公認(rèn)的撞擊玻璃分布區(qū)共有5個(gè)，其中有一片分布區(qū)的面積尤為廣泛，目前探明的區(qū)域北到日本海、南至南極洲、西達(dá)非洲東海岸、東抵爪哇島，覆蓋了超過15%的地球表面積，被稱為澳大利亞–亞洲遠(yuǎn)撞擊濺射玻璃散布區(qū)（簡(jiǎn)稱為澳亞散布區(qū)）。

澳亞散布區(qū)內(nèi)不同類型撞擊玻璃的空間分布丨潘卿供圖

分析表明，澳亞散布區(qū)是在約78.8萬年前的一次小行星或彗星撞擊地球事件中產(chǎn)生的。在地球新生代的撞擊玻璃散布區(qū)中，澳亞散布區(qū)的面積最廣、距今也最近。學(xué)界估計(jì)，撞擊體的直徑可能接近1000米，產(chǎn)生的撞擊坑直徑超過34千米，區(qū)域內(nèi)撞擊玻璃的總重量遠(yuǎn)超一億噸。

這次撞擊事件產(chǎn)生的撞擊玻璃，在我國(guó)的分布范圍涵蓋了華南大部分地區(qū)，包括海南省全境、廣東省幾乎全境、云南和廣西大部分區(qū)域。而文章開頭肖智勇挖到的撞擊玻璃，正是其中的一部分。

澳亞散布區(qū)內(nèi)不同類型撞擊玻璃的形態(tài)特征丨潘卿供圖

撞擊坑在哪里？

按理說，能把物質(zhì)炸飛到小半個(gè)地球范圍的地外來客，必然會(huì)留下一個(gè)極其巨大的撞擊坑。問題來了：撞擊坑在哪里？研究人員從撞擊玻璃的種類和分布特征兩方面進(jìn)行了一個(gè)多世紀(jì)的分析。

從全球分布范圍來看，澳亞撞擊玻璃整體呈現(xiàn)為一個(gè)“T”字形的扇形區(qū)域。這一分布特征與月球、火星等類地天體上的傾斜撞擊濺射物分布區(qū)高度相似，主要呈現(xiàn)出兩個(gè)特點(diǎn)：

一、濺射物和撞擊體的入射方向之間，沿著入射的軸兩邊對(duì)稱；

二、入射方向的后方（如我國(guó)華南以北）的濺射物極少，在360度方位角上不對(duì)稱。

類地行星表面，傾斜撞擊形成的濺射物分布圖，呈現(xiàn)對(duì)稱扇形分布。(A) 月球Proclus撞擊坑；(B) 水星Hovnatanian撞擊坑；(C) 金星Aurelia撞擊坑；(D) 一處未命名的火星撞擊坑丨參考文獻(xiàn)[1]

學(xué)界由此推斷：78.8萬年前的撞擊事件中，地外來物是從西北向東南方向傾斜著砸中地球的。撞擊坑就在澳亞散布區(qū)“T”字形兩橫的交匯處——中南半島及臨近海域。

天體傾斜撞擊示意圖，濺射物集中于撞擊前側(cè)丨AI生成

在中南半島的實(shí)地考察結(jié)果初步印證了這一猜想：上世紀(jì)初，科學(xué)家在老撾的芒農(nóng)村（Muong Nong）附近發(fā)現(xiàn)了一種特殊的層狀撞擊玻璃。它與其他類型的撞擊玻璃存在很多不同之處：

• 外觀：常呈現(xiàn)出不規(guī)則的板狀或塊狀，不同于常見的水滴狀、啞鈴狀或紐扣狀。這可能源于它們沒有經(jīng)歷過被拋射到高空、再落回地面的長(zhǎng)距離飛行，表面沒有經(jīng)過空氣動(dòng)力過程的強(qiáng)烈改造，因此未能形成流線型。

• 層狀構(gòu)造：內(nèi)部具有非常明顯的層狀或條帶狀結(jié)構(gòu)，肉眼可見類似瑪瑙或樹木年輪的流紋。

• 重量：質(zhì)量多為數(shù)百克或數(shù)千克，最大可達(dá)24千克。

• 結(jié)構(gòu)水含量：結(jié)構(gòu)水含量接近0.02%-0.04%，相較其他類型撞擊玻璃的結(jié)構(gòu)水含量明顯更高。

• 鐵元素：二價(jià)鐵含量相對(duì)較低、三價(jià)鐵含量相對(duì)較高，表明撞擊玻璃受到的沖擊程度較低。

• 殘余礦物：內(nèi)部的殘余礦物的含量比其他類型的撞擊玻璃多，同樣表明受到的沖擊程度相對(duì)較低。

采自海南三亞的一枚1.5千克的芒農(nóng)型撞擊玻璃樣品，側(cè)面可見明顯的層理結(jié)構(gòu)，頂部發(fā)育冷凝龜裂紋丨肖智勇供圖

這種特殊的撞擊玻璃被稱為層狀撞擊玻璃或芒農(nóng)型撞擊玻璃。結(jié)合物理和化學(xué)特征，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，層狀撞擊玻璃的這些特點(diǎn)源于其距離撞擊坑較近、拋射距離短。也就是說，哪里有大量的層狀撞擊玻璃，哪里就離撞擊坑更近。

隨后的地質(zhì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，層狀撞擊玻璃主要發(fā)現(xiàn)于越南中部、老撾南部和泰國(guó)東北部的一片區(qū)域，而且區(qū)域內(nèi)不存在其他種類的撞擊玻璃。這與撞擊玻璃濺射范圍的分析結(jié)論（撞擊坑位于中南半島）不謀而合。學(xué)界將這塊區(qū)域稱為“僅含層狀玻璃區(qū)”（Layered-only Zone，LOZ），并且順理成章地認(rèn)為撞擊坑位于LOZ區(qū)域內(nèi)部或周邊。長(zhǎng)期以來，撞擊坑的搜尋工作主要圍繞該LOZ區(qū)域及其周邊地區(qū)展開。

然而，在過去半個(gè)多世紀(jì)內(nèi)，這片LOZ區(qū)域內(nèi)一直沒有找到撞擊坑的蹤跡。是不是撞擊坑在數(shù)十萬年的地質(zhì)活動(dòng)中被掩埋了？可是，目前推測(cè)撞擊坑的直徑超過34千米，深度超過3千米，即使是在構(gòu)造變形和地表侵蝕非常強(qiáng)烈的區(qū)域，撞擊坑也不太可能在大約79萬年的時(shí)間內(nèi)被完全抹去。澳亞散布區(qū)的撞擊坑位置由此成為了地球與行星科學(xué)領(lǐng)域的世紀(jì)難題。

華南地區(qū)的新發(fā)現(xiàn)

面對(duì)這一難題，肖智勇團(tuán)隊(duì)思考了一個(gè)可能的線索：按照天體撞擊的物理規(guī)律，傾斜撞擊形成同類濺射物應(yīng)該整體服從軸對(duì)稱分布規(guī)律，因此LOZ似乎不應(yīng)該只有一片區(qū)域。然而，目前發(fā)現(xiàn)的層狀撞擊玻璃都集中分布在中南半島。有沒有可能還有一處對(duì)稱分布的LOZ區(qū)域，一直沒有被發(fā)現(xiàn)？

根據(jù)這一思路，團(tuán)隊(duì)將目光瞄準(zhǔn)到了國(guó)內(nèi)的華南地區(qū)。此前，對(duì)于華南地區(qū)的撞擊玻璃已積累了一定數(shù)量的研究，但是層狀撞擊玻璃的野外觀察記錄較少。2016-2025年間，參考前人的文獻(xiàn)資料，團(tuán)隊(duì)對(duì)華南地區(qū)的澳亞撞擊玻璃開展了連續(xù)野外考察和樣品分析，聯(lián)合合作伙伴，在廣東、廣西、海南、云南四省的早–中更新世地層中采集了超過760枚澳亞撞擊玻璃，其中包含大量的層狀撞擊玻璃。

北海組中部砂礫層中，層狀撞擊玻璃的地層賦存狀態(tài)丨參考文獻(xiàn)[1]

通過精確測(cè)量樣品的主量元素和水含量，團(tuán)隊(duì)不僅確認(rèn)了它們屬于澳亞撞擊玻璃，更取得了突破性的發(fā)現(xiàn)：在海南省西南部（三亞、樂東、保亭、東方）一片約6300平方公里的區(qū)域內(nèi)，竟然只存在層狀撞擊玻璃。而在這片區(qū)域以北，層狀玻璃數(shù)量銳減，主要以飛濺型撞擊玻璃為主；在北部灣海域以北的陸地上，沒有發(fā)現(xiàn)層狀撞擊玻璃。

借鑒中南半島的分布規(guī)律，研究團(tuán)隊(duì)確定，海南西南部正是澳亞散布區(qū)內(nèi)一塊全新的、一直被隱藏的LOZ區(qū)域！

華南地區(qū)發(fā)現(xiàn)的層狀撞擊玻璃丨參考文獻(xiàn)[1]

一個(gè)全新的撞擊坑潛在地，此時(shí)呼之欲出。

撞擊坑藏在海面之下？

基于傾斜撞擊濺射物的對(duì)稱分布模式，研究團(tuán)隊(duì)大膽推測(cè)：澳亞散布區(qū)的撞擊坑，很有可能就位于中南半島與海南西南部的對(duì)稱軸附近區(qū)域，即我國(guó)南海西北部的鶯歌海–宋紅盆地。

中南半島及其臨海地區(qū)的澳亞撞擊玻璃的疑似母坑點(diǎn)位。紅色虛線框內(nèi)區(qū)域即鶯歌海-宋紅盆地丨參考文獻(xiàn)[1]

這塊區(qū)域之所以半個(gè)多世紀(jì)無人察覺，很可能是因?yàn)?strong>盆地如今已被數(shù)十米深的海水覆蓋，其內(nèi)部更因持續(xù)且快速的陸源碎屑補(bǔ)給，堆積了數(shù)千米厚的沉積物。即使79萬年前曾經(jīng)砸出巨大的撞擊坑，也早已被深埋在厚厚的海底泥沙之下。

那么，我們?nèi)绾尾拍艽_定，澳亞散布區(qū)的撞擊母坑是否位于鶯歌海的海水之下呢？肖智勇指出，首先需要在海底疑似撞擊坑的位置鉆取基巖，尋找發(fā)生過沖擊變質(zhì)的物質(zhì)證據(jù)；然后采集撞擊坑內(nèi)的熔融物質(zhì)并完成同位素定年。如果其定年結(jié)果與該次撞擊事件的時(shí)間相吻合，那么我們就可以進(jìn)一步推斷：澳亞散布區(qū)的撞擊母坑，或許正隱藏在鶯歌海盆地之下。

肖智勇團(tuán)隊(duì)的相關(guān)工作近期以“An eastern extension of the layered-only zone of Australasian tektites”為題目發(fā)表在學(xué)術(shù)期刊《Geology》上。論文的第一作者是中山大學(xué)博士后潘卿，而他正是文章開頭中與肖智勇一同挖掘撞擊玻璃的那個(gè)學(xué)生。

文章第一作者潘卿，攝于海南三亞，背景為含撞擊玻璃的地層

尋找這處遠(yuǎn)古撞擊坑的意義，遠(yuǎn)不止于解開一個(gè)地質(zhì)學(xué)謎團(tuán)。79萬年前的撞擊事件中，撞擊體直徑估計(jì)接近1000米，當(dāng)它以極高的宇宙速度砸向地表時(shí)，能夠瞬間釋放出相當(dāng)于數(shù)百萬顆原子彈爆炸的能量，對(duì)周邊地區(qū)造成毀滅性破壞。結(jié)合海南、雷州半島活躍的火山背景，撞擊在當(dāng)時(shí)可能會(huì)引發(fā)區(qū)域地殼運(yùn)動(dòng)、森林大火、洪災(zāi)等嚴(yán)重災(zāi)害。

考古發(fā)現(xiàn)，約79萬年前東亞古人類人口曾出現(xiàn)銳減，這很可能與該撞擊事件密切相關(guān)。因此，鎖定撞擊坑的準(zhǔn)確位置，不僅能為古人類演化研究提供關(guān)鍵的環(huán)境背景支撐，更有助于我們?cè)u(píng)估地外天體撞擊帶來的災(zāi)害效應(yīng)，為評(píng)估和防范類似危機(jī)提供歷史參考。

另外，地球上已發(fā)現(xiàn)的、直徑大于4km的撞擊坑，由于其獨(dú)特的地質(zhì)構(gòu)造，均形成了重要的自然資源儲(chǔ)庫，例如石油、金屬礦床、淡水等，而鶯歌海也是我國(guó)重要的海油產(chǎn)地。如果撞擊坑確認(rèn)位于鶯歌海，那么撞擊導(dǎo)致的地質(zhì)構(gòu)造變化，將為探明油氣資源的孕育和存儲(chǔ)條件提供新的指導(dǎo)思路。

當(dāng)下，我國(guó)正在穩(wěn)步實(shí)施宏偉的月球與深空探測(cè)國(guó)家戰(zhàn)略。天體撞擊是太陽系形成和演化進(jìn)程中最重要的地質(zhì)過程之一。在月球與深空探測(cè)的任務(wù)規(guī)劃、實(shí)施、科學(xué)數(shù)據(jù)和樣品分析等工作中，撞擊過程和產(chǎn)物的研究均是重要的內(nèi)容。探明79萬年前這次撞擊坑的具體位置及其地質(zhì)響應(yīng)，將為開展比較行星學(xué)研究提供難得的樣本。

參考文獻(xiàn)

[1] Pan, Qing, et al. "An eastern extension of the layered-only zone of Australasian tektites." Geology (2026).

作者：朱震昕

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