从撞击到灭绝再到恢复：IODP-ICDP第364次考察队在奇克苏鲁布撞击坑的发现

《Marine Geology》：From impact to extinction to recovery: Discoveries of IODP-ICDP Expedition 364 to the Chicxulub impact structure

陨石撞击导致峰值环形成及后撞击热液系统，海洋生态系统快速恢复并发现至今66百万年前的嗜热微生物。通过国际大陆科学钻探计划第364次远征在奇克苏鲁布陨石坑的钻探，验证了动态崩溃模型，揭示了冲击熔岩、 suevite沉积序列及热液矿物特征。研究证实撞击释放的硫、尘埃和烟灰引发全球变冷和光合作用抑制，导致白垩纪大灭绝。钻探显示热液系统持续了数百万年，并支持嗜热微生物生存，为行星撞击研究及早期地球生命起源提供关键证据。

　　这次研究聚焦于2016年国际海洋钻探计划（IODP）与国际大陆科学钻探计划（ICDP）联合执行的“364号远征”所取得的成果，该远征对墨西哥尤卡坦半岛的希克苏鲁布撞击坑的峰值环进行了钻探。该撞击坑因其与白垩纪-第三纪（K-Pg）大灭绝事件的关联而闻名，被认为是地球上最著名的大型撞击结构之一。研究的主要发现涵盖了撞击坑形成过程、大灭绝事件的环境影响、以及撞击后形成的热液系统及其对生命可居住性的影响。这些发现不仅深化了我们对地球撞击过程的理解，还为行星科学和天体生物学提供了新的视角。

在钻探过程中，研究团队获取了从海床以下500米（mbsf）到1337.5米的岩芯，这些岩芯记录了复杂的地质过程，包括峰值环的形成、撞击坑的填充历史以及热液系统的演化。峰值环主要由花岗岩基底岩组成，其中混入了先前的火成岩（如玄武岩、流纹岩和花岗岩）和与撞击相关的熔岩及碎屑带。这些岩石经历了强烈的变形，形成了多种宏观和微观结构，包括冲击变质作用、断裂和破碎带等。研究还发现，峰值环的形成涉及大量地壳材料的抬升，这些材料来自地下8-10公里处，通过动态坍塌模型得到了解释。

冲击变质作用在峰值环的岩石中得到了广泛观察，例如石英中的平面变形特征（PDFs）表明冲击压力高达16-18 GPa。此外，片麻岩、锆石、钛铁矿和磷灰石的变形也进一步支持了这一冲击环境。这些发现为动态坍塌模型提供了关键的观测依据，该模型预测冲击波的传播方向和随后的应力重新定向对峰值环的形成具有重要影响。通过分析这些结构，研究人员能够确认冲击波在峰值环中的传播路径，以及随后的应力重新排列如何导致岩层的旋转和变形。

研究还揭示了峰值环的变形历史，其中初始的广泛脆性变形逐渐局部化到剪切断层和断层带。这些变形机制在数值模拟中得到了验证，表明冲击坑的形成过程中，地壳材料经历了从初始的广泛破碎到后期的剪切变形的转变。此外，研究还发现，峰值环中的熔岩和碎屑带在形成后经历了显著的横向再分布，这可能与水的作用有关，特别是在撞击后水重新进入撞击坑时，与熔岩的相互作用产生了重要的地质记录。

在大灭绝机制方面，研究指出撞击事件导致了大量尘埃、硫酸气溶胶和烟尘的释放，这些物质可能对全球气候产生了深远影响。特别是，尘埃和硫酸气溶胶的全球扩散可能加剧了全球冷却，并减少了光合作用，从而导致生物多样性的急剧下降。此外，研究还发现了撞击坑上方的海洋生态系统迅速恢复的证据，包括在撞击后不久的原始演替，由微小浮游生物（如蓝藻和藻类）主导，随后在约100千年后过渡到更多样化的浮游生物群落。这一过程反映了生命在极端环境中的适应能力。

撞击后形成的热液系统也引起了广泛关注。研究发现，撞击过程中形成的裂隙和高渗透性使得热液活动得以持续，这些活动可能为极端微生物提供了适宜的生存环境。在尤卡坦的峰值环中，研究人员观察到了高温下的热液矿物，如赤铁矿、黄铁矿和方解石等，这些矿物的存在表明热液系统在撞击后可能持续了数百万年。此外，现代微生物群落的调查也显示，撞击坑内部的热液环境仍然存在，支持了热液系统在撞击后长期维持的假设。

研究还揭示了撞击后热液系统的演化过程，包括其温度变化和渗透性变化。通过热年代学分析，研究人员估计了峰值环内部的冷却历史，并确定了其在不同时间尺度上的温度范围。这些数据为理解热液系统如何支持生命提供了重要线索，并为行星热液系统的研究奠定了基础。

此外，研究还强调了未来对撞击坑进一步钻探的重要性，特别是对撞击坑中心熔岩层的深入研究。中心熔岩层的冷却过程是热液系统演化的关键驱动力，而当前的研究仅覆盖了峰值环区域，未能深入中心熔岩层。因此，未来的研究应关注更深层的钻探，以获取更完整的数据，从而更好地理解撞击坑的地质过程及其对生命的影响。

综上所述，这项研究不仅提供了关于希克苏鲁布撞击坑形成和演化的详细地质记录，还为理解大灭绝事件的环境机制和撞击后生态系统的恢复提供了重要依据。此外，它还揭示了撞击坑中长期存在的热液系统及其对生命可居住性的贡献，为行星科学和天体生物学提供了新的研究视角。这些发现表明，撞击事件不仅是地球地质历史上的重要过程，也可能在其他行星上扮演类似的角色，从而为探索生命起源和演化提供了重要的线索。