巴林杰陨石坑的故事
原标题 美国之旅札记：巴林杰陨石坑的蕴意
原作者沈建林新疆油田公司教授级高工
原作者按：因多年来一直关注陨石坑地质学的研究进展，2018年4月专程前往参观了巴林杰陨石坑，了却心中多年愿望。为此将历年收集的资料进行整理而成就本文，期望能有助于相关知识的普及。
巴林杰陨石坑（Barringer Crater）是地球上第一个被确认的陨石撞击坑，海拔高度1740米。从拉斯维加斯到巴林杰陨石坑的距离为470千米（图1）。由于其地貌与月球表面的环形山非常相像（图2、图3），因此在20世纪60年代被NASA用作登月宇航员的培训场地。
图1 巴林杰陨石坑（Barringer Crater）位置示意图
图2 巴林杰陨石坑（Barringer Crater）航拍图
图3 巴林杰陨石坑（Barringer Crater）近景
一、大约4.9万年前：陨石撞击
一颗直径约50米、重达30万吨的小行星高速冲进地球大气层，撞击了如今美国亚利桑那州的荒漠。释放的能量据认为是广岛原子弹爆炸的150倍，形成这一著名的陨石坑。目前该陨石坑的直径为1186米，深170米。
二、19世纪未：被误认火山口
来自欧洲的移民们在19世纪末首次发现这个位于沙漠腹地的陨石坑。它最早被称作“恶魔谷坑”，因为在这附近就是恶魔谷地区。1891年，美国矿物学家艾伯特·富特博士（
Albert E. Foote）和地质学家格罗夫·卡尔·吉尔伯特（Grover Karl Gilbert）对这个大坑先后进行了研究，发现了上千块小陨石。吉尔伯特通过实验，认为可能是地下火山蒸汽爆炸的产物。受此结论影响，这个大坑普遍被认为是一个死火山口。事实上在这个大坑西北方向64km处，确实存在一个火山区，即San Francisco volcanic field。
三、1902年：巴林杰坚信陨石撞击
地质学家丹尼尔·莫罗·巴林杰（Daniel Moreau Barringer，1860-1929）得知此事后，也对这个大坑进行了研究。他坚信这是一个大陨石撞击的结果，因为坑内没有火山活动的迹象，却在坑的附近找到了大量的铁陨石碎块。1906年，巴林杰发表了此坑为陨石撞击成因的论文。
既然是铁陨石撞击，那么在大坑的深处就可能埋藏着它的主体，一旦发现肯定具有很大的商业价值。因此巴林杰与合伙人霍辛格（S.F. Holsinger）等成立了标准钢铁公司（Standard Iron Company），买下这片土地进行勘探。霍辛格很快就发现了一块重达639千克的铁陨石。勘探伊始就获得成果很是鼓舞人心，随即对陨石坑开展了大量钻探，最深的钻孔达419米。但历经20多年也没有找到那颗预想中的巨大铁陨石。当时天文学家福雷斯特·雷·莫尔顿（Forest Ray Moulton）进行了陨石撞击能量的计算，结论是这颗陨石的主要部分已在撞击过程中气化了。
四、1929年以后：建立地质公园
巴林杰于1929年11月30日因心脏病去世。他为钻探陨石坑花费了60万美金，由于没有产生回报而几乎破产。巴林杰的妻子和8个孩子成立了巴林杰陨石坑公司（Barringer Crater Company），对该陨石坑经营管理至今。
作为热门旅游景点，目前巴林杰陨石坑每年吸引全世界20万游客前往。这里同时也是一个绝佳的科普场所，除了可以一睹巨大的环形陨石坑和巴林杰曾经的钻探遗迹之外，在展厅中还可以参观陨石实物、了解小行星和彗星的运动规律，获知地球上著名的陨石撞击事件及相关知识等。
五、1960年：苏梅克发现柯石英斯石英确认陨石坑
尤金·苏梅克（Eugene Shoemaker）为了他在普林斯顿大学的博士学位而对巴林杰陨石坑的撞击动力机制进行了研究。发现巴林杰陨石坑与美国地下核试验场的地貌惊人一致，比如两者的岩层都在巨大的冲击下发生了翻转等。他和美籍华裔地质学家赵景德在陨石坑中相继找到了最关键的撞击证据柯石英（coesite）和斯石英（stishovite），分别于1960年和1962年发表了论文。这两种石英矿物只在含石英的岩石被瞬间超高压冲击过程中才能出现，不可能由火山作用产生。目前唯一已知的可以天然产生这些矿物的机制就是冲击事件，或者是通过人为的核爆炸。由此确凿地证明巴林杰陨石坑就是陨石撞击形成。从1891年初次研究巴林杰陨石坑，到最终毫无疑问地确定它就是天外陨石撞击成因，经历了70年的时间。
（标题照片：巴林杰博士，上图为光学显微镜下的柯石英，均来自网络）
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