19.1. 火山口分布

许多组织使用遥感进行科学研究,这些研究涵盖了本教程中已考虑的大多数学科。气象学第14节是地球科学领域的一个有力例证,它具有强大的科学研究倾向和广泛的应用。一些应用程序是卫星计划的直接衍生产品,最初是概念工作的证明。由于作者的专业地质背景,这一领域的例子似乎太多了,部分原因是遥感器产生了以地质现象为主的图像。根据这一经验,基础科学II提出了一个地质学主题,这也是作家的一个特长——撞击坑。多年来,撞击坑化一直是个谜。现在,影响是热门话题,特别是有人认为它们是恐龙灭绝的原因。更重要的是,科学家和公众现在认识到,影响对人类是真正的危险,能够造成比任何其他已知影响地球表面的自然过程更大的灾难。此外,它们很可能在未来文明的某个时候以巨大的事件的形式发生(正如它们已经发生的那样)。这个撞击的主题是相关和有趣的,而且撞击坑通常可以通过遥感探测到。

(撞击坑形成的一个例外摘要,尤其是对目标岩石的这些事件的记录,是由一位同事Bevan M.French博士写的一篇120页的论文,题为 Traces of Catastrophe: A Handbook of Shock-Metamorphic Effects in Terrestrial Meteorite Impact Structures 由月球和行星研究所出版 [休斯敦,德克萨斯州] ;LPI出资号954,1998年。)

19.1.1. 火山口的性质

太空计划的一个收获是,许多人意识到快速移动的小行星、彗星和大型陨石在形成期间与成长中或稳定的行星发生碰撞。此外,这些机构在其整个历史过程中不断受到影响。一些类地行星和它们的许多卫星的表面显示了完全布满表面的陨石坑:水星(左)和卡利斯托(木星外的第四颗卫星)就是主要的例子。

B/W photograph showing the profusion of craters on the surface of Mercury.

B/W photograph showing the pockmarked surface of Callisto, one of Jupiter's moons.

地球的月球上有明显的环形坑,通常呈圆形凹陷,大小从一英寸到1200公里(746英里)不等。许多较大的卫星在满月时可以通过双筒望远镜看到。最引人注目的月球撞击结构是位于月球南半球的第谷(图左下方)。我们可以很容易地看到,它是肉眼几乎可以看到的巨大条纹(射线)的来源,这些条纹(射线)是由抛过月球的喷射物沉积物造成的。

B/W photograph of the lunar crater Tycho, located on the Moon's southern hemisphere.

这个火山口是大型撞击结构的典型例子,具有以下特征:圆形凸起的边缘;该边缘内坍塌壁的同心巢;中央(隆起)峰;粗糙、不规则的火山口底面(这里是碎片喷射和熔岩挤压的混合体);以及丘状沉积物中的外部喷射。典型的远侧环形山是Goclenius(55公里,34英里宽)和几个较小的环形山(右),因为它们出现在阿波罗8号宇航员围绕我们的月球邻居。请注意,它们扁平的内部充满了大理石的熔岩。

不到100年前,科学家们认为陨石坑的概念是由陨石和其他地外天体(如彗星)的撞击形成的,这是不现实的,也是极不可能的。到那时,几位科学家已经提出这样的陨石坑覆盖了月球,但大多数人认为这是由于火山作用造成的。事实上,在陆地火山场上也有凹陷,有时与月球陨石坑非常相似。

下一个例子是在加拉帕戈斯群岛的费尔南迪纳岛上升起的石勒状玄武岩火山顶部的拉长火山口。注意到它的形状不规则,还有大量的熔岩流从火山斜坡的侧面涌出。

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另一种导致形成的一些陨石坑接近圆形的火山类型是Maar火山口,下面的Elegante火山口(1.5 km)就是一个例子。 [0.9英里] 直径)位于墨西哥西北部(亚利桑那州边界以下)的Pinacate玄武岩场。这种火山口的边缘通常较低。当熔岩接近地表水时形成,地表水闪现成蒸汽,导致岩石在上方爆炸性地被推出,留下一个凹陷,被火山碎片(以及后来被冲入的碎片)稍微回填。边缘外的气状凹陷是由水侵蚀引起的。

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18-1: Until the space program in the 1960s, debate over the nature of lunar crater raged as a controversy for more than a century. But with close exploration of the Moon and then planets like Mercury and satellites like Callisto disclosed that most planetary surfaces were heavily cratered. The weight of opinion shifted drastically in favor of impact as the dominant process creating the myriads of circular depressions spread widely over these surfaces. Can you develop (deduce) some arguments that support this impact hypothesis? `ANSWER <answers.html#18-1>`__

在19世纪初,欧洲地球科学家首次提出了月球和地球的撞击过程。关于亚利桑那州陨石坑具有撞击起源的建议,开启了撞击的可能性,使其成为其他类似圆形特征的原因。吉尔伯特构想了这个想法,然后在陨石坑周围发现了铁陨石来支持它。鲍德温等人的工作使撞击过程作为另一种选择得以继续,但绝大多数天文学家和地质学家对此持高度怀疑态度。1960年,随着尤金·M·舒梅克对陨石坑和几个核爆炸坑的经典研究,所有这一切都发生了变化。这项研究揭示了撞击的可能性,并将其作为类似圆形特征的原因,当时地球上已知的环形特征超过50个。20世纪60年代,在E.Chao、W.von Engelhardt、B.M.French等的关键研究中,对地面陨石坑中目标岩石撞击过程中产生的强压力(冲击)波的影响进行了研究,得出了关键性的证据。当时,作者(NMS)在研究与地下核爆炸相关的岩石(产生相同大小的压力)时指出,这些岩石中的冲击变质特征与冲击岩(来自天然陨石坑的岩石)中的相应特征相同;这种联系导致了这样一种论点,即只有冲击才能引起e地下核爆炸中的高压,因为所产生的特征从未在与火山作用有关的岩石中发现,甚至是所谓的“爆炸”类型。随着阿波罗11号第一批月球样品的返回,观测到了月球岩石中的冲击效应,支持了这样一个结论:大部分月球陨石坑是撞击的结果。

逐渐地,冲击是作用于行星的基本形成过程之一的观点得到了广泛的认可。事实上,科学家们现在已经证明,行星是通过不断堆积的物质而成长的,当行星达到其最大尺寸时,陨石坑代表了最后的聚积阶段。撞击坑的性质很重要,但入门地质学教科书对这门学科的评价仍然很差。所以,这个总结来自作者在这个领域的经验。

如上文所述,严重的陨石坑状行星体与它们古老表面上出现的撞击痕迹相同,但没有完全被侵蚀、熔岩流出、沉积或毁灭山脉活动所破坏或掩盖。从行星生长的最后阶段开始,在太阳系早期(约46亿年前开始),到随后的约10亿年,撞击这些表面的物体的通量明显下降,在这之后,撞击这些表面的物体的通量急剧下降。相比之下,地球、金星和火星的某些部分一开始也有大量的弹坑,由于随后的破坏过程抹去或覆盖了原始表面上留下的大部分撞击痕迹,现在显示出的弹坑要少得多。

地球上陨石坑的分布

今天的地球,尽管它对大陆和海洋地壳进行了大量的回收利用,但仍然保留着过去20亿年来施加的巨大影响的迹象,以及历史时期发生的较小影响。科学家们已经发现了大约160个幸存的陨石坑,它们有明确的或可能的撞击源。如果地球表面和地壳没有经历板块构造作用和大气驱动的侵蚀所造成的这种动态破坏,这将大大低于我们所预期的数万次。此外,受深海(地球表面70%以上)和沉积物掩埋的保护,进一步解释了预期数量上的这一不足。然而,仍有更多的陨石坑有待发现,卫星图像应是进行系统搜索的有效手段,正如我们将在本次调查结束时看到的那样。

我们从一个关于地面撞击坑化的网站的主页上提取了下面的世界地图,它几乎定位了地球陆地表面上所有已知的坑。 (http://gdcinfo.agg.emr.ca/crater/world_craters.html _由加拿大地质调查局(GSC)汇总。陨石坑的分布似乎不均匀,这一事实可以通过地表岩石年龄的变化、山脉系统的分布以及勘探程度的差异来解释。

|地球表面所有已知火山口的世界地图。|

访问此站点后,我们还可以按各个大陆显示地图。对于每一个大陆,陨石坑都有名字,你可以点击这些来描述,通常还有鸟瞰图,以及它们精确的地理坐标、大小和估计的形成时间。

18-2: Inspection of the above distribution map shows large areas on Earth in which confirmed impact craters are absent or sparse. Offer several explanations for this scarcity. `ANSWER <answers.html#18-2>`__

戈达德航天中心的同一个小组也将一个扩展的叙述放到了网上。 (http://gdcinfo.agg.emr.ca/crater/paper/cratering_e.html _)讨论了火山口的形成和形态、识别以及未来可能的危害,这很好地补充了本小节的回顾。卡尔文·汉密尔顿(Calvin Hamilton)准备了一种类似的处理方法,在选定的陆地和行星陨石坑图像的支持下, (http://bang.lanl.gov/solarsyst/tercrate.htm ②)只需按一下,就可以从互联网上调出一个简单的陨石坑列表,包括位置、大小和年龄。 here.

对于任何寻求火山口力学综合和技术处理的人,我们推荐H.J.Melosh,1989年出版的《撞击坑化:地质过程》,牛津大学出版社,牛津地质与地球物理专著第11期。

主要作者:Nicholas M.Short,高级电子邮件: nmshort@epix.net
合作者: Code 935 美国国家航空航天局 GSTUSAF Academy
上次更新时间:99年9月
站长:小比尔·狄金森。
现场负责人:Nannette Fekete
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