地球上最古老的隕石坑有可能為科學家提供有關早期地球結構和太陽系天體組成的重要信息，並為解釋其他行星上的隕石坑記錄提供啟示。然而，正如最近的一項研究表明的那樣，這些古老的隕石坑對於地質學家來說仍然難以捉摸，而且可能永遠也找不到。

這項研究發表在2023年8月1日的《地球物理研究行星學報》（Journal of Geophysical Research Planets）上，這是AGU研究太陽系內外行星、衛星和天體形成與演化的權威期刊。

地質學家已經找到了35億多年前撞擊的證據，如拋射物（撞擊後拋向遠方的物質）、熔化的岩石和高壓礦物。但是，如此久遠之前的真正隕石坑仍然難以捉摸。地球上已知最古老的撞擊結構，也就是科學家們所說的這些巨大的隕石坑，只有大約20 億年的歷史。我們缺少了25 億年前的巨型隕石坑。

南非西開普大學行星科學家馬修-休伯（Matthew S. Huber）是研究撞擊結構的科學家，他領導了這項新研究。

“休伯說：”我們所擁有的古老結構能夠保存下來幾乎是一種僥倖。”如果我們擁有這些更古老的隕石坑，我們就能回答很多問題。但這是地質學中的正常現象。我們必須用現有的東西來編故事。

巨型隕石坑”是如何形成的。休伯等人發現，中央隆起處的地球物理特徵是經過10 公里侵蝕後留下的全部痕跡。資料來源：Bevan M. French/David A. Kring/LPI/UA , USRA 提供。

地質學家有時可以利用地震成像或重力測繪等地球物理工具發現隱藏的隕石坑。一旦確定了潛在的撞擊結構，他們就可以尋找撞擊過程的物理殘留物來確認其存在，例如噴出物和撞擊礦物。

休伯和他的團隊面臨的最大問題是，在最後的地球物理痕跡消失之前，隕石坑有多少面積會被侵蝕沖走。地球物理學家認為，10 公里（6.2 英里）的垂直侵蝕甚至可以抹去最大的撞擊結構，但這一臨界值從未在實地進行過測試。

為了找出答案，研究人員挖掘了地球上已知最古老的撞擊結構之一：南非的弗雷德福特隕石坑。該結構直徑約300 公里（186 英里），形成於大約20 億年前，當時一個直徑約20 公里（12.4 英里）的撞擊器猛烈撞擊地球。

隕石坑中心周圍的重力斜坡顯示出輕微的牛眼圖案，但在更遠的地方，信號就隨著時間消失了。資料來源：Huber 等人（2023 年），JGR 行星

撞擊者攜帶巨大的能量前來，地殼和地幔在撞擊發生的地方隆起，留下了一個長期的圓頂。在離中心較遠的地方，岩脊突起，礦物發生變化，岩石融化。然後，時間順其自然，在20 億年的時間裡，從地表向下侵蝕了約10 公里（6.2 英里）。

如今，地表只剩下約翰內斯堡西南部的半圓形低矮山丘（標誌著該結構的中心），以及一些較小的撞擊痕跡。地幔隆起造成的”牛眼”出現在重力地圖上，但在中心之外，缺乏撞擊的地球物理證據。

休伯說：”這種圖案是最後還能探測到的地球物理特徵之一，只有規模最大的撞擊結構才會出現這種情況。由於只剩下結構的最深層，其他地球物理痕跡已經消失。 “

但這沒有關係，因為胡貝爾想知道，從礦物學和地球物理學的角度來看，這些深層結構對於記錄古代撞擊有多可靠。

“侵蝕使這些結構自上而下地消失，”休伯說。”因此，我們從下往上進行研究。”

研究人員對22 公里（13.7 英里）橫斷面上的岩芯進行了取樣，並分析了它們的物理特性，尋找受撞擊和未受撞擊岩石在密度、孔隙度和礦物學方面的差異。他們還模擬了撞擊事件及其對岩石和礦物物理的影響，並將其與他們在樣本中看到的情況進行了比較。

對於尋找地球上最古老的隕石坑來說，他們的發現並不令人鼓舞。雖然還殘留著一些撞擊熔體和礦物，但通過地球物理透鏡觀察，弗賴德福特結構外脊的岩石與周圍的非撞擊岩石基本上沒有區別。

休伯說：”這並不是我們所期望的結果。即使有區別，也是非常微弱的。我們花了一段時間才真正弄明白這些數據。十公里的侵蝕和所有撞擊的地球物理證據都消失了，即使是最大的隕石坑也是如此，這證實了地球物理學家之前的估計。”

研究人員及時發現了弗賴德福特；如果再發生更多的侵蝕，撞擊結構將不復存在。找到20多億年前被掩埋的撞擊結構的機率很低。

要想讓一個Archean 時期的撞擊坑保存到今天，它必須經歷非常不尋常的保存條件。但是，地球上充滿了不尋常的條件。因此，也許在某個地方會有意想不到的東西，所以我們需要繼續尋找。