威力堪比數(shù)百萬顆原子彈的“大家伙”可能落在了我國南海

本文轉(zhuǎn)載自科學大院（ID：kexuedayuan）

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

對照著衛(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，肖智勇團隊為一個困擾地球與行星科學界數(shù)十年的謎團打開了新的突破口。

肖智勇的學生在廣東湛江對含撞擊玻璃地層進行考察（圖片來源：潘卿供圖）

天體撞擊的印記

肖智勇尋找的黑色石頭，在國內(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
（圖片來源：潘卿供圖）

雷公墨還有一個不太科學的俗稱——“玻璃隕石”。學界曾經(jīng)存在一個誤區(qū)，認為雷公墨是地外天體落到地球上的隕石。事實上，雷公墨并不來自地外，它就是地球本身的巖石。當?shù)赝馓祗w以超高速度撞擊地球，地表巖石會瞬間熔融并被拋向空中。由于在極短時間內(nèi)快速冷卻，熔體沒有足夠的時間形成穩(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”這個名字雖然生動，但并非標準的學術(shù)統(tǒng)稱。出于嚴謹，學術(shù)界一般將其稱為遠撞擊濺射玻璃，簡稱撞擊玻璃。

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)三個物理和化學特征來判斷：

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（圖片來源：潘卿供圖）

二、結(jié)構(gòu)水含量極低。結(jié)構(gòu)水是指進入玻璃內(nèi)部結(jié)構(gòu)的水，主要以OH?、H?等離子形式存在，而非巖石表面的吸附水。對于地球上由火山活動形成的天然玻璃，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、鐵元素以二價鐵為絕對主體，三價鐵占比極低。地外天體以超高速撞擊地表，會產(chǎn)生極高的壓力和溫度，形成強還原的氛圍，將巖石中原本的三價鐵快速還原為二價鐵。同時，熔融物被拋射至高空后極速冷卻，沒有時間與大氣中的氧氣發(fā)生氧化反應，最終固定了二價鐵為主的價態(tài)。與之相比，火山玻璃在地表的有氧環(huán)境中緩慢冷卻，三價鐵占總鐵的比值顯著更高，和撞擊玻璃的鐵元素價態(tài)差距明顯。

79萬年前的撞擊

目前全球公認的撞擊玻璃分布區(qū)共有5個，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–亞洲遠撞擊濺射玻璃散布區(qū)（簡稱為澳亞散布區(qū)）。

澳亞散布區(qū)內(nèi)不同類型撞擊玻璃的空間分布（圖片來源：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。學界估計，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超一億噸。

這次撞擊事件產(chǎn)生的撞擊玻璃，在我國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（圖片來源：潘卿供圖）

撞擊坑在哪里？

按理說，能把物質(zhì)炸飛到小半個地球范圍的地外來客，必然會留下一個極其巨大的撞擊坑。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行了一個多世紀的分析。

從全球分布范圍來看，澳亞撞擊玻璃整體呈現(xiàn)為一個“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)出兩個特點：

一、濺射物和撞擊體的入射方向之間，沿著入射的軸兩邊對稱；

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

類地行星表面，傾斜撞擊形成的濺射物分布圖，呈現(xiàn)對稱扇形分布。
(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。（圖片來源：參考文獻[1]）

學界由此推斷：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)（圖片來源：AI生成）

在中南半島的實地考察結(jié)果初步印證了這一猜想：上世紀初，科學家在老撾的芒農(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、再落回地面的長距離飛行，表面沒有經(jīng)過空氣動力過程的強烈改造，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：二價鐵含量相對較低、三價鐵含量相對較高，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。（圖片來源：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)合物理和化學特征，科學家發(fā)現(xiàn)，層狀撞擊玻璃的這些特點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），并且順理成章地認為撞擊坑位于LOZ區(qū)域內(nèi)部或周邊。長期以來，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，在過去半個多世紀內(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)活動中被掩埋了？可是，目前推測撞擊坑的直徑超過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烈的區(qū)域，撞擊坑也不太可能在大約79萬年的時間內(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領(lǐng)域的世紀難題。

華南地區(qū)的新發(fā)現(xiàn)

面對這一難題，肖智勇團隊思考了一個可能的線索：按照天體撞擊的物理規(guī)律，傾斜撞擊形成同類濺射物應該整體服從軸對稱分布規(guī)律，因此LOZ似乎不應該只有一片區(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，團隊將目光瞄準到了國內(nèi)的華南地區(qū)。此前，對于華南地區(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，參考前人的文獻資料，團隊對華南地區(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)（圖片來源：參考文獻[1]）

通過精確測量樣品的主量元素和水含量，團隊不僅確認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，研究團隊確定，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（圖片來源：參考文獻[1]）

一個全新的撞擊坑潛在地，此時呼之欲出。

撞擊坑藏在海面之下？

基于傾斜撞擊濺射物的對稱分布模式，研究團隊大膽推測：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稱軸附近區(qū)域，即我國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位。紅色虛線框內(nèi)區(qū)域即鶯歌海-宋紅盆地。
（圖片來源：參考文獻[1]）

這塊區(qū)域之所以半個多世紀無人察覺，很可能是因為盆地如今已被數(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間相吻合，那么我們就可以進一步推斷：澳亞散布區(qū)的撞擊母坑，或許正隱藏在鶯歌海盆地之下。

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

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

尋找這處遠古撞擊坑的意義，遠不止于解開一個地質(zhì)學謎團。79萬年前的撞擊事件中，撞擊體直徑估計接近1000米，當它以極高的宇宙速度砸向地表時，能夠瞬間釋放出相當于數(shù)百萬顆原子彈爆炸的能量，對周邊地區(qū)造成毀滅性破壞。結(jié)合海南、雷州半島活躍的火山背景，撞擊在當時可能會引發(fā)區(qū)域地殼運動、森林大火、洪災等嚴重災害。

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，更有助于我們評估地外天體撞擊帶來的災害效應，為評估和防范類似危機提供歷史參考。

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

當下，我國正在穩(wěn)步實施宏偉的月球與深空探測國家戰(zhàn)略。天體撞擊是太陽系形成和演化進程中最重要的地質(zhì)過程之一。在月球與深空探測的任務規(guī)劃、實施、科學數(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，將為開展比較行星學研究提供難得的樣本。

參考文獻：

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