2020年5月6日,黑龙江省依兰县迎兰乡的一处山坳里,一台钻机开钻了。干活的是辽宁省冶金地质四零四队,请他们来的是中国科学院广州地球化学研究所。
计划钻探深度450米,工期一个半月。结果这口井比计划多打了一个多月。
钻探从5月6日一直干到7月26日,前后80天,钻探队几乎每天都在打钻,可七八成的时间都在处理各种麻烦。麻烦出在地底下的石头太碎。
钻头先穿过一百多米厚的湖底淤泥,接着扎进几百米厚的花岗岩碎渣层,碎渣松得跟沙堆差不多,钻头使不上劲,孔壁还随时可能塌。项目负责人陈鸣研究员感慨,这种钻探在国内钻探史上前所未有,在国际陨石坑钻探史上也很少见。
一座花岗岩山,地底下怎么会碎成这样?原因要追到4.9万年前的那一瞬间:一颗直径约100米的小行星从太空砸下来,正好落在今天依兰县这片土地上。
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一、钻头深探寻铁证
钻机开进山坳之前,科学家已经盯这个"大碗"好些年了。这里原本是一圈普通的山包,当地人管它叫"源峰山"。
最早让人起疑的,是卫星遥感图像上一个规整的环形结构。不过形状再像也只是猜测,要认定是陨石坑,得拿出撞击留下的"铁证"。
陈鸣团队先在地表下功夫。这里的花岗岩石英含量高,正适合查找冲击波留下的痕迹。
他们用130个地表岩石碎屑样品磨制光薄片,其中54个薄片里找到了带"面状变形页理"的石英颗粒,这种微观结构只有在极端冲击下才会出现。找证据的过程很熬人,陈鸣说过,最早的冲击变质痕迹,是他在显微镜下反复看了15天、凌晨3点才发现的。
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2019年12月24日,陈鸣团队宣布依兰存在全国第二个陨石坑。陈鸣还想更有把握,决定打钻到"碗底"去找证据,因为同等规模的陨石坑里,冲击变质最强的物质通常都埋在坑底角砾岩的底部。
80天没白熬。在坑底260到290米深处,钻出了冲击变质很强的撞击角砾岩,里面有岩石熔融形成的玻璃、超高压矿物柯石英,还有多组面状变形页理的石英颗粒。
岩芯的层次也很清楚:最上面是110米厚的湖泊沉积物,下面是319米厚、以松散花岗岩碎块为主的碎屑层。撞击是什么时候发生的,也测出来了。
团队对撞击可能产生的木炭和湖相沉积物做了碳14测年,结果是距今约4.9万年,误差只有三千来年。2021年7月29日,广州地化所和奥地利维也纳大学的科学家在《陨石学与行星科学》上以封面文章发表了这项成果,陈鸣是第一作者。到这一步,"天外来客砸中依兰"有了国际学界认可的结论。
二、陨石高坠砸巨坑
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钻出来的岩芯,让科学家能推算出4.9万年前那一刻发生了什么。一颗直径约100米的小行星,放在太空里算个"小不点",可它的速度比子弹快得多,撞上地面的破坏力大得惊人。
这次撞击释放的能量超过一千万吨TNT炸药的爆炸当量,引发了一次威力巨大的爆炸。冲击波一下子挖出一个巨大的碗形凹坑,把地表以下几百米厚、体积超过4亿立方米的花岗岩撕成毫米级的碎屑,碎成这样的程度在地球陨石坑里极少见。
钻头碰上的那层"沙堆"就是这么来的。这个坑看着深150米左右,实际要深得多。
研究揭示,它的真实深度达到579米,坑底下部填着厚厚的花岗岩碎片,上部盖着厚层湖泊沉积物。拿全世界的数据比一比,近十万年来地球上形成的直径超过250米的陨石坑只有5个,依兰陨石坑真实深度与直径的比值是同类型陨石坑里最高的。
所以科学家判断,依兰这次撞击应该是地球近十万年来规模最大的一次。后来地球物理学家又给它做了一次"CT"。
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广州地化所邓阳凡研究员联合国内外学者,布设了220台节点地震仪,对陨石坑的地下结构做高分辨率成像。成果于2025年4月17日发表在《通讯·地球与环境》期刊上。
结果显示,形成依兰陨石坑的撞击能量可达10的17次方焦耳量级,相当于一次约5.5级的地震;和过去8万年内形成的其他陨石坑相比,这可能是这一时期规模最大的撞击事件之一。那时候的依兰并不荒凉。
陈鸣介绍,撞击发生在旧石器时代中期末段,当时黑龙江中南部草原茂盛、森林密布、动物很多。可以想见,一声巨响之后火光冲天,大地剧烈震动,碎石漫天飞。
这次爆炸给陨石坑及方圆数十千米范围的生态环境带来了一场灾难。灾难过后,大坑开始慢慢变样。
先是积水成湖,坑底那层约110米厚的湖泊沉积物,就是这里有过湖泊的证据。后来冰川来了。
陨石坑南边的坑缘缺了一段,弧长2公里,体积超过2000万立方米的岩石被搬走,其余约3.8公里长的坑缘保存完好。研究认为这是末次盛冰期冰川侵蚀造成的,湖泊大约在一万年前消失。
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圆坑缺了一角,就成了今天的月牙形。依兰地处低海拔地区,坑缘上的冰川侵蚀痕迹成了当地低海拔冰川发育史的重要证据。陨石撞击和冰川刻蚀叠在同一座山上,这样的组合在全世界都少见。
三、田园铺展迎远客
如今这个地方已经找不到一点当年的惨烈。陨石坑离依兰县城只有19公里,开车大约40分钟。
远远看去是一座圆弧形的环形山,大部分地方长满了茂密的森林。2020年10月,东北网记者来实地探访,走了近30分钟山路登上观景台,眼前的环形大坑里,有刚收完玉米的金黄地块,有还没枯的绿草,还有快要上冻的鱼塘。
当年小行星砸出来的大坑,现在种着庄稼、养着鱼。坑里还有个小景致。
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据村民说,这里有一眼泉四季都在流水,冬天不结冰,夏天很凉快。到了夏天还有花看,每年7月到9月,陨石坑花海开得最热闹,不少人专门开车过来赏花、拍照。
当地也把这个"天外来客"当成宝贝。依兰陨石坑被称为世界唯一的冰川陨石坑遗迹,项目已列入黑龙江省"十四五"发展规划,陨石坑博物馆正在推进,同时在申报国家级陨石坑地质公园。
按照规划,这将是国内首个以陨石坑为主题的景区,总面积10.67平方公里,还有以太阳系八大行星排序的"太空花海"游步道。陈鸣对这里寄望很高,他说:"陨石坑能把人类和太空的距离拉近",依兰陨石坑完全可以成为有国际影响力的地标。
依兰陨石坑也不孤单。过去很长时间里,世界陨石坑分布图上中国一片空白。
2009年辽宁岫岩陨石坑得到确认,依兰是第二个。之后的发现一个接一个:2023年,吉林通化白鸡峰陨石坑被确认,它直径1400米,是全球第一个高山陨石坑;2024年,黑龙江海林陨石坑成为第四个,最大直径1360米。
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最新的突破在南方。2025年10月,广东肇庆德庆县的金林陨石坑被确认为目前地球上发现的全新世最大陨石坑。
它直径约900米、深约90米,而此前全球发现的全新世陨石坑直径大多不到100米,最大的也只有300米左右。陈鸣指出,这是我国发现的第五个陨石坑,也是华南地区确认的第一个。
从岫岩到金林,五个陨石坑从东北一路排到岭南,中国在世界陨石坑地图上的那片空白算是补上了。这些坑的意义不只在于看风景。
陨石坑记下了地球被天外来客"敲打"的历史,弄清楚撞击会引发多大的环境灾变,就能为小行星防御提供科学依据。最有名的例子是约6600万年前那颗直径约10公里的小行星,它撞在今天墨西哥的尤卡坦半岛,留下直径约180公里的希克苏鲁伯陨石坑,恐龙等大批物种从此灭绝。
依兰的撞击规模小得多,可它年代近、保存好、钻探资料齐全,陈鸣把它比作一个珍贵的"天然陨石坑实验室"。4.9万年前的那声巨响,把几亿立方米的花岗岩炸成粉末,也把方圆几十公里的草原森林毁了个干净。
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后来湖水灌满了大坑,冰川又削掉了它的南沿。现在这里是一座长满树的月牙形环形山,坑底一块块庄稼地挨着鱼塘,山坡上搭起了观景台,地底下579米深处,还留着那次撞击的痕迹。
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