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北美洲最美丽的湖泊:冰古拉蒂陨石坑 精选

已有 12476 次阅读 2016-10-27 17:02 |个人分类:科普写作|系统分类:科普集锦|关键词:地球,地质,岩石,矿物,陨石,灾害,气候| 地球, 岩石, 地质, 矿物, 陨石

太平洋彼岸的北美洲,虽然与我们中国同位于北半球,但风光大不相同,那里不仅有气势磅礴的尼亚加拉大瀑布和深秋季节纷纷飘落的美丽枫叶,还有许多静谧、幽深的湖泊。接下来,就让我们一起走进其中那个最美丽的湖泊:加拿大的冰古拉蒂陨石坑。


冰古拉蒂陨石坑,摄于2007年(图片来源:Wikipedia)


“天外来客”给地球的创伤

1943620日,第二次世界大战还未结束,美国空军的一架飞机在掠过加拿大魁北克省昂加瓦半岛努纳维克地区时,飞行员看到地面上出现了一个巨大的圆坑,形状十分完美,就如同是圆规画出来的一样,令他惊讶不已。后来,飞行员们都知道了这样一个奇怪的地方,并经常把它作为飞行导航的坐标。二战以后,加拿大皇家空军在进行航空测量拍下了这个圆坑的照片,但直到1950年才公之于众。


图片来源:www.nunavikparks.ca


其实,当地的土著居民因纽特人早就知道这个地方,他们称之为“pingualuit”,音译成汉语就是“冰古拉蒂”,在他们的语言里,原意为“土地隆起的地方”,还有个意思是“疙瘩”,就像是由于天气寒冷,人身上起得鸡皮疙瘩一样。

后来,一位名叫弗雷德里克的探矿者在无意中发现了这张照片,从照片上来看,它很像是一个火山口,倘若真的如此,那就有可能在这里找到金刚石矿床。于是,弗雷德里克找到加拿大安大略皇家博物馆的维克多来帮忙。掌握有丰富地质知识的维克多对照片观察了许久之后做出初步判断:它不是火山口,而像一个陨石坑。为了进一步确认,他们前往实地进行了考察。


冰古拉蒂陨石坑,摄于2007年(图片来源:Wikipedia


从上空俯瞰,冰古拉蒂像一个大碗的形状,而要走进去的话却十分困难。虽然它的中心是凹陷的,但边缘隆起,形成一圈高出地面约160米的山脊,就像一堵圆形的围墙,只有一处缺口可以进入。经实地测量发现,这里的直径约3440米,最深处的深度为267m,周围山脊最高处163m,山脊陡峭,坡度约30~45°。维克多带来了金属探测器,试图在这里找到铁镍陨石的碎片以证实他的猜想。然而事与愿违,陨石碎片并未被发现,因为这里是大片的花岗闪长岩,其中含有高浓度的磁铁矿,严重干扰金属探测器。他们在该坑的北部边缘找到了一个高强度的磁异常,这或许意味着这里埋藏着大量的含铁物质。随着后人的不断研究,有学者对此地采集的岩石样本分析后发现了冲击变质作用的证据,充分证实了该地就是一个陨石坑。

图片来源:www.nunavikparks.ca


关键证据:冲击变质作用

何谓“冲击变质作用”呢?大家都知道,“天外来客”从遥远的外部星体经过长时间的飞行来到地球,其速度大得惊人,即使是很小的陨石也能造成巨大的破坏。如意大利科学家在埃及西南地区发现的一座保存完好的小型陨石坑,直径为45米,深度16米,经过计算,当时撞击的陨石的直径仅仅只有1.2米左右,不过,其速度却达到了12874公里/小时!这个速度是什么概念呢?拿音速来做个比较,声音在空气中的传播速度约为340/秒,等于1224公里/小时,可见该陨石的撞击速度居然达到了空气中声速的十倍以上!当这样的超高速物体通过介质时,如果速度超过介质能传播的声速,会形成高压瞬态压缩波,即冲击波。其振幅大于介质的弹性极限,使介质的压力、温度、密度和速度都将发生激烈的变化,能够使岩石物质熔化、气化,矿物变化和强烈变形甚至变质。在地质学上,这种变质作用就被称为是冲击变质作用,主要见于陨石坑内,其特点就是作用时间极短,定向压力很大,温度很高。据测算,当具有一定重量(10100吨以上)和速度(1070公里/秒的宇宙速度)的陨石冲击地面时,产生冲击波压力可达数百万个大气压的超高压,可引起1500℃的高温,大大超过了岩浆的温度范围(6501200℃),它可使矿物晶体发生变形和破碎,形成柯石英、超石英、金刚石等高压矿物及玻璃质,还可使磁铁矿等难熔矿物发生熔融。


图片来源:www.nunavikparks.ca


科学家认为,冰古拉蒂陨石坑的形成时间大约是130~150万年前,当时的陨石应该是含有丰富的铁元素,当陨石以极高的速度撞击到非常坚硬的太古代花岗闪长岩上,发生了激烈的爆炸,岩石碎片在极短的时间内蒸发了,方圆数百公里的生物几乎全部死亡。


陨石坑结构图(图片来源:Wikipedia


全球最清澈的湖泊之一

加拿大的因纽特人,赞美冰古拉蒂陨石坑为“努纳维克水晶之眼”,只因这里的水异常纯净,仿佛水晶一般。这里不仅是北美洲最深的湖泊之一,也是世界上最纯净的淡水湖之一。

经过测量发现,冰古拉蒂陨石坑的湖水含盐量不足百万分之三,远远低于普通淡水湖。在晴朗的天气下,泛舟于湖面上,肉眼能看到的深度可达到35米,而世界上最清澈的湖泊,比如美国的火山口湖、俄罗斯的贝加尔湖以及日本的摩周湖,能见度都在40米左右。

图片来源:www.nunavikparks.ca


它为什么会如此清澈呢?原因应该是多方面的,首先,这里是没有浑浊的泥沙。这里是北极冻原地带,为典型的寒带生态系统,气候非常恶劣,年平均气温只有-10℃,无霜期仅持续20天,没有树木,只有一些低矮的草本植物和灌木植被,湖岸周围是大片坚硬的岩石和无尽的苔原,没有河水的汇入,只有冰雪作为水源补给,从每年11月份开始至第二年的7月,这里的湖面上都被冰雪覆盖。高寒地区的蒸发也极其缓慢,如此一来,平均每330年这里的湖水才会完全更新一次。其次,这里远离人类居住区,没有污染。距离此地最近的村庄大约是100公里,游客要来此参观主要靠步行,绝非一件容易的事情。

虽然我们常说“水至清则无鱼”,但这里依然能发现非常大的鱼类,最常见的是北极鲑,由于湖水中的养分稀少,它们往往长着瘦长的身体和大大的鱼头。为了保护这里独特的地质环境,加拿大当地政府于2004年在此建立了国家公园。

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气候变化的“教科书”

在地质发展历史中,地球上不仅有海陆变迁,还有大幅度的冷热气候变化,当气候趋向寒冷时,在两极和高纬地带,以及中低纬度的高原和山地就会慢慢地被冰盖或冰川所覆盖,这样的地质时期就称为大冰期,而两次冰期之间为相对温暖时期,称为间冰期,事实上,我们的地球曾经经历了多次大冰期,其中最著名的是第四纪大冰期,发生在距今200万年前,是距离现今时期最短、影响最大的一次大冰期,又被称为“冰河时期”。这时候风雪、冰雹时常出现,冰川、冰山随处可见,平均气温比现在要低37℃,大陆上有32%的面积被冰川覆盖,大量的水分被“困”在大陆上。在这次大冰期中,气候变动很大,其中伴随着冰川的多次进退。可是,我们如何才能了解过去的气候变化情况呢?这就需要借助于对湖底沉积物的研究。

图片来源:www.nunavikparks.ca


从理论上来说,加拿大和美国北部地区的这些湖泊大多数是由12000 年前最后一个冰川期的冰河融水形成的,湖底的沉积物中包含的化学物质和生物化石就可以帮助我们认识过去的气候变化。然而,由于冰川的多次进退,湖底的沉积物基本上都被打乱了,留下的地质学信息也是混乱的。

而冰古拉蒂陨石坑十分幸运,因为它深度极深,而且一年之中有一大半时间是处于冰封状态的,这就足以使它抵挡冰川的影响,完好地保存上百万年的全部水体和沉积物的信息。2007 5 , 美国阿肯色大学的科学家对冰古拉蒂陨石坑的湖底进行了钻探取芯,在取出的10米长的岩芯样本中包括至少25万年前的数据信息,跨越两个间冰期,其中所含的微小藻类、极少量的金属元素和大气中坠落的花粉,都将成为科学家研究古气候的珍贵资料。(作者:马志飞,原文载于《环球探索》,有修改)

图片来源:www.nunavikparks.ca




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