威力堪比数百万颗原子弹的“大家伙”可能落在了我国南海

本文转载自科学大院（ID：kexuedayuan）

2023年，中山大学的肖智勇教授来到海南三亚参加学术会议。会议间隙，他决定带着学生去三亚北部的山区考察。身为长期从事行星撞击演化研究的学者，肖智勇每到海南和两广出差，都会在当地寻觅一种黑色石头的踪迹。

对照着卫星地图和地质图，师生二人驱车来到一处半山腰。碰巧的是，那片坡地上正好有农户在翻整果园，土地被翻了个底朝天。他们立刻下车在土里搜寻，果然找到了好几块黝黑光亮、形状不规则的黑色石头，最大的一块甚至重达数公斤。

为何要在偏僻的山野里寻找几块不起眼的黑石头？事实上，它们诞生于约79万年前一次剧烈的天体撞击。也正是凭借在华南多地发现的这种黑色石头，肖智勇团队为一个困扰地球与行星科学界数十年的谜团打开了新的突破口。

肖智勇的学生在广东湛江对含撞击玻璃地层进行考察（图片来源：潘卿供图）

天体撞击的印记

肖智勇寻找的黑色石头，在国内俗称“雷公墨”。唐朝古籍中就出现了这种石头的记载，称其为“霹雳石”。得名“雷公墨”可能源于南方雷雨频繁，石头经常在下雨天被冲刷出来，古人就认为它是天上的雷公画符遗留的墨块。

上：飞溅型（上，采自广东湛江）和芒农型（下，采自海南）雷公墨
（图片来源：潘卿供图）

雷公墨还有一个不太科学的俗称——“玻璃陨石”。学界曾经存在一个误区，认为雷公墨是地外天体落到地球上的陨石。事实上，雷公墨并不来自地外，它就是地球本身的岩石。当地外天体以超高速度撞击地球，地表岩石会瞬间熔融并被抛向空中。由于在极短时间内快速冷却，熔体没有足够的时间形成稳定的矿物，最终凝固形成的玻璃物质就是雷公墨。

雷公墨的英文名Tektite（意为“熔融形成的石头”）正是源于这一过程。而“雷公墨”这个名字虽然生动，但并非标准的学术统称。出于严谨，学术界一般将其称为远撞击溅射玻璃，简称撞击玻璃。

看一块石头是不是撞击玻璃，绝不能仅凭黝黑的外表，而是主要依据三个物理和化学特征来判断：

一、几乎完全由天然的玻璃构成。玻璃态物质的最大特点是非晶质，内部原子排列杂乱无章，没有类似矿物的、规律的晶体结构。

芒农型撞击玻璃的内部结构，可见明暗交替的层状构造和密集分布的气泡（图片来源：潘卿供图）

二、结构水含量极低。结构水是指进入玻璃内部结构的水，主要以OH⁻、H⁺等离子形式存在，而非岩石表面的吸附水。对于地球上由火山活动形成的天然玻璃，结构水含量通常高于1%（质量百万分比），相当于100千克的火山玻璃中，经高温熔融可释放出1千克以上的结构水。而撞击玻璃的结构水含量一般远低于0.04%，100千克的撞击玻璃连40克的水都烧不出来。

三、铁元素以二价铁为绝对主体，三价铁占比极低。地外天体以超高速撞击地表，会产生极高的压力和温度，形成强还原的氛围，将岩石中原本的三价铁快速还原为二价铁。同时，熔融物被抛射至高空后极速冷却，没有时间与大气中的氧气发生氧化反应，最终固定了二价铁为主的价态。与之相比，火山玻璃在地表的有氧环境中缓慢冷却，三价铁占总铁的比值显著更高，和撞击玻璃的铁元素价态差距明显。

79万年前的撞击

目前全球公认的撞击玻璃分布区共有5个，其中有一片分布区的面积尤为广泛，目前探明的区域北到日本海、南至南极洲、西达非洲东海岸、东抵爪哇岛，覆盖了超过15%的地球表面积，被称为澳大利亚–亚洲远撞击溅射玻璃散布区（简称为澳亚散布区）。

澳亚散布区内不同类型撞击玻璃的空间分布（图片来源：潘卿供图）

分析表明，澳亚散布区是在约78.8万年前的一次小行星或彗星撞击地球事件中产生的。在地球新生代的撞击玻璃散布区中，澳亚散布区的面积最广、距今也最近。学界估计，撞击体的直径可能接近1000米，产生的撞击坑直径超过34千米，区域内撞击玻璃的总重量远超一亿吨。

这次撞击事件产生的撞击玻璃，在我国的分布范围涵盖了华南大部分地区，包括海南省全境、广东省几乎全境、云南和广西大部分区域。而文章开头肖智勇挖到的撞击玻璃，正是其中的一部分。

澳亚散布区内不同类型撞击玻璃的形态特征（图片来源：潘卿供图）

撞击坑在哪里？

按理说，能把物质炸飞到小半个地球范围的地外来客，必然会留下一个极其巨大的撞击坑。问题来了：撞击坑在哪里？研究人员从撞击玻璃的种类和分布特征两方面进行了一个多世纪的分析。

从全球分布范围来看，澳亚撞击玻璃整体呈现为一个“T”字形的扇形区域。这一分布特征与月球、火星等类地天体上的倾斜撞击溅射物分布区高度相似，主要呈现出两个特点：

一、溅射物和撞击体的入射方向之间，沿着入射的轴两边对称；

二、入射方向的后方（如我国华南以北）的溅射物极少，在360度方位角上不对称。

类地行星表面，倾斜撞击形成的溅射物分布图，呈现对称扇形分布。
(A) 月球Proclus撞击坑；(B) 水星Hovnatanian撞击坑；(C) 金星Aurelia撞击坑；(D) 一处未命名的火星撞击坑。（图片来源：参考文献[1]）

学界由此推断：78.8万年前的撞击事件中，地外来物是从西北向东南方向倾斜着砸中地球的。撞击坑就在澳亚散布区“T”字形两横的交汇处——中南半岛及临近海域。

天体倾斜撞击示意图，溅射物集中于撞击前侧（图片来源：AI生成）

在中南半岛的实地考察结果初步印证了这一猜想：上世纪初，科学家在老挝的芒农村（Muong Nong）附近发现了一种特殊的层状撞击玻璃。它与其他类型的撞击玻璃存在很多不同之处：

• 外观：常呈现出不规则的板状或块状，不同于常见的水滴状、哑铃状或纽扣状。这可能源于它们没有经历过被抛射到高空、再落回地面的长距离飞行，表面没有经过空气动力过程的强烈改造，因此未能形成流线型。

• 层状构造：内部具有非常明显的层状或条带状结构，肉眼可见类似玛瑙或树木年轮的流纹。

• 重量：质量多为数百克或数千克，最大可达24千克。

• 结构水含量：结构水含量接近0.02%-0.04%，相较其他类型撞击玻璃的结构水含量明显更高。

• 铁元素：二价铁含量相对较低、三价铁含量相对较高，表明撞击玻璃受到的冲击程度较低。

• 残余矿物：内部的残余矿物的含量比其他类型的撞击玻璃多，同样表明受到的冲击程度相对较低。

采自海南三亚的一枚1.5千克的芒农型撞击玻璃样品，侧面可见明显的层理结构，顶部发育冷凝龟裂纹。（图片来源：肖智勇供图）

这种特殊的撞击玻璃被称为层状撞击玻璃或芒农型撞击玻璃。结合物理和化学特征，科学家发现，层状撞击玻璃的这些特点源于其距离撞击坑较近、抛射距离短。也就是说，哪里有大量的层状撞击玻璃，哪里就离撞击坑更近。

随后的地质调查发现，层状撞击玻璃主要发现于越南中部、老挝南部和泰国东北部的一片区域，而且区域内不存在其他种类的撞击玻璃。这与撞击玻璃溅射范围的分析结论（撞击坑位于中南半岛）不谋而合。学界将这块区域称为“仅含层状玻璃区”（Layered-only Zone，LOZ），并且顺理成章地认为撞击坑位于LOZ区域内部或周边。长期以来，撞击坑的搜寻工作主要围绕该LOZ区域及其周边地区展开。

然而，在过去半个多世纪内，这片LOZ区域内一直没有找到撞击坑的踪迹。是不是撞击坑在数十万年的地质活动中被掩埋了？可是，目前推测撞击坑的直径超过34千米，深度超过3千米，即使是在构造变形和地表侵蚀非常强烈的区域，撞击坑也不太可能在大约79万年的时间内被完全抹去。澳亚散布区的撞击坑位置由此成为了地球与行星科学领域的世纪难题。

华南地区的新发现

面对这一难题，肖智勇团队思考了一个可能的线索：按照天体撞击的物理规律，倾斜撞击形成同类溅射物应该整体服从轴对称分布规律，因此LOZ似乎不应该只有一片区域。然而，目前发现的层状撞击玻璃都集中分布在中南半岛。有没有可能还有一处对称分布的LOZ区域，一直没有被发现？

根据这一思路，团队将目光瞄准到了国内的华南地区。此前，对于华南地区的撞击玻璃已积累了一定数量的研究，但是层状撞击玻璃的野外观察记录较少。2016-2025年间，参考前人的文献资料，团队对华南地区的澳亚撞击玻璃开展了连续野外考察和样品分析，联合合作伙伴，在广东、广西、海南、云南四省的早–中更新世地层中采集了超过760枚澳亚撞击玻璃，其中包含大量的层状撞击玻璃。

北海组中部砂砾层中，层状撞击玻璃的地层赋存状态（图片来源：参考文献[1]）

通过精确测量样品的主量元素和水含量，团队不仅确认了它们属于澳亚撞击玻璃，更取得了突破性的发现：在海南省西南部（三亚、乐东、保亭、东方）一片约6300平方公里的区域内，竟然只存在层状撞击玻璃。而在这片区域以北，层状玻璃数量锐减，主要以飞溅型撞击玻璃为主；在北部湾海域以北的陆地上，没有发现层状撞击玻璃。

借鉴中南半岛的分布规律，研究团队确定，海南西南部正是澳亚散布区内一块全新的、一直被隐藏的LOZ区域！

华南地区发现的层状撞击玻璃（图片来源：参考文献[1]）

一个全新的撞击坑潜在地，此时呼之欲出。

撞击坑藏在海面之下？

基于倾斜撞击溅射物的对称分布模式，研究团队大胆推测：澳亚散布区的撞击坑，很有可能就位于中南半岛与海南西南部的对称轴附近区域，即我国南海西北部的莺歌海–宋红盆地。

中南半岛及其临海地区的澳亚撞击玻璃的疑似母坑点位。红色虚线框内区域即莺歌海-宋红盆地。
（图片来源：参考文献[1]）

这块区域之所以半个多世纪无人察觉，很可能是因为盆地如今已被数十米深的海水覆盖，其内部更因持续且快速的陆源碎屑补给，堆积了数千米厚的沉积物。即使79万年前曾经砸出巨大的撞击坑，也早已被深埋在厚厚的海底泥沙之下。

那么，我们如何才能确定，澳亚散布区的撞击母坑是否位于莺歌海的海水之下呢？肖智勇指出，首先需要在海底疑似撞击坑的位置钻取基岩，寻找发生过冲击变质的物质证据；然后采集撞击坑内的熔融物质并完成同位素定年。如果其定年结果与该次撞击事件的时间相吻合，那么我们就可以进一步推断：澳亚散布区的撞击母坑，或许正隐藏在莺歌海盆地之下。

肖智勇团队的相关工作近期以“An eastern extension of the layered-only zone of Australasian tektites”为题目发表在学术期刊《Geology》上。论文的第一作者是中山大学博士后潘卿，而他正是文章开头中与肖智勇一同挖掘撞击玻璃的那个学生。

文章第一作者潘卿，摄于海南三亚，背景为含撞击玻璃的地层

寻找这处远古撞击坑的意义，远不止于解开一个地质学谜团。79万年前的撞击事件中，撞击体直径估计接近1000米，当它以极高的宇宙速度砸向地表时，能够瞬间释放出相当于数百万颗原子弹爆炸的能量，对周边地区造成毁灭性破坏。结合海南、雷州半岛活跃的火山背景，撞击在当时可能会引发区域地壳运动、森林大火、洪灾等严重灾害。

考古发现，约79万年前东亚古人类人口曾出现锐减，这很可能与该撞击事件密切相关。因此，锁定撞击坑的准确位置，不仅能为古人类演化研究提供关键的环境背景支撑，更有助于我们评估地外天体撞击带来的灾害效应，为评估和防范类似危机提供历史参考。

另外，地球上已发现的、直径大于4km的撞击坑，由于其独特的地质构造，均形成了重要的自然资源储库，例如石油、金属矿床、淡水等，而莺歌海也是我国重要的海油产地。如果撞击坑确认位于莺歌海，那么撞击导致的地质构造变化，将为探明油气资源的孕育和存储条件提供新的指导思路。

当下，我国正在稳步实施宏伟的月球与深空探测国家战略。天体撞击是太阳系形成和演化进程中最重要的地质过程之一。在月球与深空探测的任务规划、实施、科学数据和样品分析等工作中，撞击过程和产物的研究均是重要的内容。探明79万年前这次撞击坑的具体位置及其地质响应，将为开展比较行星学研究提供难得的样本。

参考文献：

[1] Pan, Qing, et al. "An eastern extension of the layered-only zone of Australasian tektites." Geology (2026).