在巴西发现了一个新的玻璃状“geraisites”区域,揭示了大约630万年前该地区曾遭受过一次强烈的小行星撞击。这一发现横跨超过900公里,是世界上最大的玻璃陨石(tektite)区域之一,尽管撞击坑仍然缺失。(背景延伸:玻璃陨石是小行星或其它地外物体以极高的速度撞击地球时,地表岩石熔融、溅射到空中并快速冷却后形成的天然玻璃。)
科学家们已经确认了巴西首个已知的玻璃陨石区域。这些新发现的样本被称为geraisites,以首次发现它们的米纳斯吉拉斯州(Minas Gerais)命名,形成了一个先前未知的散布区。这一发现有助于填补南美洲古代撞击事件不完整记录中的空白。
这项研究由坎皮纳斯州立大学(State University of Campinas, UNICAMP)地球科学研究所的地质学家兼高级教授Álvaro Penteado Crósta领导的研究团队在《地质学》(Geology)杂志上详细介绍。该项目涉及来自巴西、欧洲、中东和澳大利亚的合作者。
在此次发现之前,全球仅已知五个主要的玻璃陨石区域,分别位于澳大拉西亚、中欧、科特迪瓦、北美和伯利兹。现在,巴西的这片区域也加入了这个罕见的行列。
900公里的玻璃陨石散布区
geraisites最初在米纳斯吉拉斯州北部的三个城市——Taiobeiras、Curral de Dentro和São João do Paraíso——被记录在案,分布在一个约90公里长的区域内。在研究提交后,在巴伊亚州(Bahia)和后来的皮奥伊州(Piauí)也报告了新的发现。因此,目前已知的总分布范围超过900公里。
Crósta解释说:“该区域的扩展与在世界各地其他玻璃陨石区域观察到的情况完全一致。该区域的大小直接取决于撞击的能量以及其他因素。”
截至2025年7月,研究人员已经收集了大约500块碎片。随着最近的发现,这个总数现在超过600块。这些碎片的尺寸差异很大,从小于1克到85.4克不等,最长可达5厘米。它们的形状与玻璃陨石典型的空气动力学形状相符,包括球体、椭球体、液滴、圆盘、哑铃和扭曲的形状。
Geraisites的外观
乍一看,geraisites呈现黑色且不透明。然而,在强光下,它们会变得半透明,并带有灰绿色的色调。这种色调不同于欧洲颜色更亮的绿色莫尔道玻璃陨石(moldavites),后者自中世纪以来一直被用于珠宝。巴西标本的表面布满了小凹坑。
Crósta说:“这些小凹坑是在熔融物质穿过大气层时快速冷却过程中逸出的气泡痕迹,这种过程在火山熔岩中也能观察到,但尤其以玻璃陨石为特征。”
化学线索证实撞击起源
实验室分析表明,geraisites含有高含量的二氧化硅(SiO2),范围从70.3%到73.7%。钠(Na2O)和钾(K2O)氧化物的总含量为5.86%到8.01%,略高于其他玻璃陨石区域的含量。铬(10-48 ppm)和镍(9-63 ppm)等微量元素的含量略有变化,表明最初的目标岩石并不均匀。研究人员还检测到柯石英(lechatelierite)的稀有包裹体,柯石英是一种在极端高温下形成的高温玻璃状二氧化硅,进一步证实了撞击起源。
Crósta指出:“将该材料归类为玻璃陨石的决定性标准之一是其极低的含水量,通过红外光谱法测量:在71到107 ppm之间。相比之下,火山玻璃(如黑曜石)通常含有700 ppm到2%的水,而玻璃陨石的含水量通常要低得多。”
确定古代小行星撞击的年代
氩同位素定年法(Ar/³Ar)表明,撞击发生在约630万年前,接近中新世末期。获得了三个密切相关的年龄结果(6.78 ± 0.02 Ma、6.40 ± 0.02 Ma和6.33 ± 0.02 Ma),支持了它们来自单一事件的结论。
研究人员评论说:“630万年的年龄应被解释为最大年龄,因为一些氩可能继承自撞击目标中的古代岩石。”
寻找缺失的撞击坑
尚未找到与该撞击相关的撞击坑。根据Crósta的说法,这并不罕见。在六个主要的经典玻璃陨石区域中,只有三个有已确认的撞击坑。在广阔的澳大拉西亚区域,撞击坑被认为位于海洋之下。
同位素地球化学表明,熔融物质来自30亿到33亿年前的太古代大陆地壳。该证据指向圣弗朗西斯科克拉通(São Francisco craton),南美洲大陆地壳中最古老和最稳定的地区之一。
Crósta说:“同位素特征表明是非常古老的大陆花岗岩源岩。这大大缩小了候选区域的范围。”
未来使用磁力和重力技术的调查可以检测到标志着埋藏或侵蚀的撞击坑的圆形地下结构。
估计撞击的大小
研究人员尚无法确定撞击地球的物体的确切大小,但他们认为它并不小。熔融岩石的体积和碎片的广泛分布表明这是一次强大的事件,尽管可能不如形成跨越数千公里的巨大澳大拉西亚区域的撞击那么强烈。
该团队正在开发数学模型来估计撞击的能量、进入速度、轨迹角度和熔融材料的总量。随着收集到更多关于geraisites分布的数据,这些计算将变得更加精确。
这项发现为南美洲的撞击历史增加了一个重要的篇章。目前在该大陆上仅已知大约九个大型撞击构造,其中大多数更古老且位于巴西。这些发现还表明,玻璃陨石可能比以前认识到的更为普遍,但有时会被忽视或误认为是普通玻璃。(背景延伸:南美洲地质构造相对稳定,地质活动较少,因此撞击坑的保存相对较好。已知的撞击构造包括阿拉瓜伊尼亚陨石坑(Araguainha crater)和塞拉达卡帕拉陨石坑(Serra da Cangalha crater)等。)
将科学与猜测分开
为了解决关于小行星威胁的夸大说法,Crósta与本科生合作管理Instagram帐户@defesaplanetaria。该页面侧重于科学传播,旨在区分真正的风险与关于陨石和小行星的毫无根据的猜测。
在早期太阳系中,撞击很常见,当时碎片丰富且行星轨道不稳定。大型天体改变位置,将较小的物体发送到许多方向。如今,太阳系更加稳定,重大撞击的频率要低得多。
研究人员总结说:“理解这些过程对于将科学与猜测分开至关重要。”
Crósta自1978年硕士研究项目以来一直在研究陨石撞击构造。多年来,他获得了FAPESP的几项资助(08/53588-7、12/50368-1和12/51318-8)。