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  改寫地球史的25種石頭故事
  石頭可以透漏的訊息比我們想像的更多!作者唐納德.波茲洛如偵探一般,從挖掘岩石樣本到地質構造,形塑我們對地質學的了解,並改變我們看待地球內部運作的方式。二十五個石頭故事背後代表的重大發現,每一個都填補了我們對於地球謎團理解上的空白,同時也彼此嵌合,提供我們對於地球地質歷史整體性的認識。



.作者:唐納德.普羅泰羅
.譯者:甘錫安
.分類:科普
.出版社:八旗文化
.出版日期:2018/09/05
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文章節錄
《改寫地球史的25種石頭故事:人類如何破解地質學上的重大謎團》

鐵鎳隕石

引發爭議的隕石坑

  在美國亞利桑那州彩繪沙漠中,沿著40號州際公路向西再開二十九公里,或是從弗拉格斯塔夫向東開六十公里,就可到達通往大隕石坑的叉路口。路標上寫它只是個普通景點,但其實不只如此。它是少數不受美國國家公園管理局國土管理局或其他政府機關保護,而屬於私人擁有的奇特自然景觀。這裡原先稱為暗黑峽谷隕石坑,名稱源自位於其西北方約十九公里的廢棄城鎮。另外還有一個舊名稱是庫恩山隕石坑。

  早期地質學家堅持它是火山口,例如曾於1892年發表大隕石坑論文的美國地質調查局的葛羅夫.卡爾.吉爾伯特(Grove Karl Gilbert)。這個說法不算不合理,因為這地區有不少火山口,尤其是弗拉格斯塔夫北邊,舊金山峰和落日火山口都是相當新近火山活動的證據。吉爾伯特在地質學界的地位非常崇高。他曾繪製和介紹科羅拉多高原上許多重要地形特徵,並證明大湖曾淹沒鹽湖城和波納維爾鹽灘,還曾前往現場記錄1906年舊金山大地震造成的地質變化。

  吉爾伯特鉅細靡遺地研究這個隕石坑,原本認為它是火山口或可能是蒸汽爆裂的遺跡,但他仍然認真考慮隕石撞擊的可能性。吉爾伯特表示,散布在它周圍的隕石只是巧合。他反對撞擊說法的主要證據,是隕石坑中沒有隕石物質。散布在周圍的石塊總體積僅足以填滿隕石坑本身,中央沒有多出的鐵和鎳的質量,也沒有隕石可能埋在坑中深處的磁性特徵。因此大多數地質學家都支持吉爾伯特,認為這個大坑一定是火山口。

  然而,也有人不同意地質學家的普遍看法,其中包括礦物學家亞伯特.E..富特(Albert E. Foote)。在此之前數年,當地鐵路公司建造與40號州際公路平行的鐵路時,鐵路公司主管處給了富特一些樣本,富特立刻發現這些樣本是隕石。他帶領探察隊前往隕石坑,找到了數百個碎片,其中一塊重達六百磅。這些隕石特殊之處在於其成分大多是鐵和鎳,是非常重要的一種隕石。這些隕石當中有些還含有小小的鑽石,證明它們曾經承受極端的壓力和溫度。富特詳細介紹了這個隕石坑,並把他的發現發表在《美國科學促進協會》期刊。這份期刊至今仍是世界上首屈一指的科學期刊。

  礦業工程師及實業家丹尼爾.M..巴林傑(Daniel M. Barringer)也不認同火山口解釋。1894年,巴林傑在亞利桑那州柯奇斯郡的聯邦銀礦賺到一千五百多萬美元,因此擁有豐富的採礦經驗和充足資金可供投資。他非常確定這個大洞是隕石坑,所以押下所有金錢。他的標準鋼鐵公司於1903年買下隕石坑內及周圍所有土地。這份土地專利由當時的美國總統老羅斯福(Theodore Roosevelt)親自簽署,甚至還授權他在隕石坑邊緣設立郵局,並命名為亞利桑那州隕石坑郵局,為這景點提供服務。巴林傑和他的公司於1903至1905年間研究這個大洞,發現了足以證明它確實是隕石坑的可信證據。從早年開始,隕石坑周圍已發現約三十噸的隕石碎片,因此巴林傑認為,這塊隕石的主體必定在隕石坑底下方。依據採礦經驗,他估計這塊隕石的質量大約有一億噸,以1903年而言價值超過十億美元。

  巴林傑和他的公司堅持不輟,在隕石坑底下挖掘了二十七年,深度達到四百一十九公尺,但一直沒有找到明顯的含鐵物質。該公司投下超過六十萬美元進行探測,終於在1929年巴林傑去世後宣告放棄。巴林傑儘管難過又失望,仍一直相信自己沒錯,但他的失敗反而進一步證明大多數地質學家認為這裡是火山口的想法。出乎意料的是,天文學家佛瑞斯特.雷.莫爾頓(Forest Ray Moulton)於1929年進行計算,結果證明隕石應該早已化成蒸汽,巴林傑的努力從一開始就注定徒勞無功。巴林傑去世前顯然已讀過莫爾頓的論文。

  直到1950年代,行星物理學開始發展成獨立領域,科學家也瞭解隕石大多會在大氣中燒毀,或是在撞擊地面時汽化,原始物質只有少量會散布在周圍。赫曼.勒羅伊.費爾柴德(Herman Leroy Fairchild)於1930年首先提出這個觀點,此外他很早就指出,撞擊成坑是重要過程。

  1960和1970年代,任職於加州理工學院與美國地質調查所的行星地質學先驅金恩.舒梅克(Gene Shoemaker),終於解開大隕石坑(又稱為巴林傑隕石坑)的撞擊原委(我在加州理工學院時認識金恩,在他的實驗室做了許多磁性分析)。1960年,舒梅克取得隕石坑樣本,發現其中有斜矽石和重矽石等礦物,這幾種石英必須經歷撞擊震盪才可能形成(另一種狀況是核爆,這些礦物最初就是發現於核爆點)。這一點就是大洞形成不可能是火山噴發造成的決定性證據。後來舒梅克仔細重繪隕石坑圖形,發現隕石坑邊緣周圍的撞擊碎片岩床都以相反順序堆疊。來自隕石坑最下方的可可尼諾砂岩碎片,位於邊緣沉積層最上方,而來自年代最近的孟科匹頁岩和凱巴布石灰岩碎片,則位於邊緣沉積層最下方。這樣的顛倒順序只有一種可能解釋,就是撞擊使岩層向上噴起,再被強大的力量推向側方,接著以上下顛倒的方式落下,最後分散開來。

  現在行星科學家推測,這個天體是鐵鎳隕石,撞擊地球的時間大約五萬年前,當時是冰河時期晚期,常見地懶和長毛象等冰河期哺乳類動物,氣候比較潮濕,樹木也比較茂密。古印第安文化尚未進入北美地區,所以沒有人類目擊這次撞擊。這塊隕石原本直徑約五十公尺,重將近三十萬噸,約為巴林傑估計尺寸的三倍。這隕石以每秒約二十公里(時速約六千九百公里)劃過天空,撞擊地面,威力相當於一千萬噸核彈。事實上,有些核子試爆造成的坑洞大小跟它相仿,而且看來很像巴林傑隕石坑。這塊隕石的原始質量大約有一半在撞擊時化成蒸汽,其餘散布在四周,因此巴林傑在隕石坑中找到的隕石相當少。
幸運的是,巴林傑的後代繼承了他的財產請求權,因此隕石坑的遊客中心和博物館,現在由家族擁有和經營。博物館位於隕石坑北部邊緣,從另一邊看起來相當特別。巴林傑的繼承人從遊客身上賺到的錢,遠多於巴林傑採礦賺到的錢。這個隕石坑曾讓美國航太總署訓練太空人月球漫步、執行氣象實驗,也是許多電影拍攝特殊鏡頭的場景。1982年,隕石學會把該會最高榮譽命名為巴林傑獎章,表彰這位撞擊先知飽受同時代地質學家輕蔑,並為尋找隕石本體的夢想投入數百萬美元。

來自天上的訪客

  從天而降的大鐵塊對任何文化來說,都是震懾人心的景象。有些文化敬拜某些從天而降的特殊物品,認為是他們敬拜的神祇所賜予。舉例來說,威拉美特(Willamette)隕石就是美國俄勒岡州克拉克馬斯部落的敬拜對象。許多科學家認為,每年有數百萬穆斯林朝聖者前往敬拜的麥加天房一角的黑色石塊,或許就是鐵鎳隕石。此外,鐵鎳隕石也是製作史前工具的重要鐵原料來源,但到了鐵器時代,人類採取熔煉方式,以更容易取得的鐵原料製造工具,隕石的重要性隨之降低。

  這類物體當中某些大小相當驚人。最大的是墜落在納米比亞的霍巴(Hoba)隕石。這塊隕石重達六十噸,所以一直留在原地沒有移動。1920年,一位地主的犁打到它,這塊隕石因而重見天日。它原本完全埋在地下,原本可能形成的隕石坑早已因侵蝕而消失。據推測,這塊隕石可能在進入地球大氣後減慢到終端速度,所以才會如此大。此外,它也可能因為形狀扁平且表面光滑,而曾經彈跳數次,所以撞擊地面的力道不大,沒有像許多隕石一樣形成龐大的隕石坑或化成蒸汽。現在它已成為受保護的國家古蹟,每年有數千名遊客前來參觀。
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