华南撞击玻璃磁性信号揭秘撞击溅射过程
高速撞击对地球系统演化的影响重大，撞击过程中伴随着瞬时、巨大的能量释放，形成的气化、熔融、冲击变质和变形物质广泛分布于撞击坑周围及更远区域。一些熔融程度较高、飞行距离较远和冷却速率较大的气化和熔融物冷却后形成的撞击玻璃，称为tektites，中文俗称“雷公墨”和“玻璃陨石”。
大约78万年以前，一颗直径约1公里的小行星或彗星陨落于中南半岛附近，形成了覆盖地球表面约一亿平方公里的澳大利亚–亚洲远撞击溅射玻璃散集区(Australasian strewn field tektites，AASF tektites)(图1a)。我国的广东省、广西省和海南省是澳亚散集区北部的重要组成部分(图1b)，该地区的AASF tektites可能成型于撞击入射上靶区(uprange)方向的撞击气柱，是解译大型撞击过程的重要地质载体(图2)。
图1. 研究区概况 (a.新生代远撞击溅射玻璃散集区；b.华南地区和中南半岛，红色五角星代表疑似母坑位置)
图2. 华南地区典型的澳大利亚–亚洲远撞击溅射玻璃 (a–d飞溅型; e–h芒农型)
撞击玻璃的磁性信号在指示其靶体物质、热历史和母坑追溯等方面具有独特的优势。近期，行星环境与宜居性研究实验室肖智勇教授课题组在Journal of Geophysical Research: Solid Earth上发表题为“Magnetic properties of Australasian tektites from South China”的学术论文，对华南地区AASF tektites的磁性信号做出了系统研究，探究了澳亚散集区不同方位溅射过程的差异。该研究基于高精度磁学测量系统和高分辨率的岩相观测，分别从芒农型AASF tektites和飞溅型AASF tektites中成功提取到假单畴磁铁矿和单畴磁铁矿信号，认为熔体受到的冲击程度和经历的冷却历史影响磁性颗粒的浓度和粒径，进而造成不同地区和不同类型AASF tektites的磁性信号出现差异。具体发现如下：
一、华南AASF tektites的原始磁滞回线表现出显著的顺磁性信号(图3)。岩石磁学结果联合已发表的穆斯堡尔谱共同指示玻璃基质中的Fe2+贡献了主要的顺磁性信号，反映了tektite熔体在极度还原的环境中快速淬火的过程。
图3. 华南AASF tektites的磁滞回线(右下方为顺磁场校正之前的原始磁滞回线)
图4. 华南AASF tektites的低温磁性信号 (a–c. 芒农型tektites有场/零场冷却曲线; d–f. 飞溅型tektites有场/零场冷却曲线)
二、华南AASF tektites的天然剩磁强度极低，主要载磁矿物是磁铁矿。飞溅型tektites天然剩磁强度为10-8–10-7 Am2/kg，芒农型tektites天然剩磁强度为10-7–10-6 Am2/kg。磁滞参数比率组合(图5)、非磁滞剩磁中值破坏场(平均值27 mT)和有场/零场冷却曲线在120 K的Verwey转换点(图4 a–f)共同指示华南芒农型AASF tektites存在假单畴磁铁矿信号。华南飞溅型AASF tektites饱和等温剩磁的中值破坏场为3–16 mT(图6)，符合单畴磁铁矿中值破坏场的信号范围(5–17 mT)。
图5. 华南芒农型AASF tektites磁滞参数比率组合(Day图)
图6. 华南飞溅型AASF tektites的天然剩磁和2 T饱和等温剩磁的交变退磁曲线
三、撞击溅射的复杂物理化学过程影响tektites磁性信号差异表达：(1) 熔体形成环境：飞溅型tektites受到的冲击温度可达2200℃，原始磁铁矿完全热解，高Fe2+含量指示飞溅型tektites所处的环境更加还原，最终造成飞溅型tektites剩磁更弱而磁化率更高(图7a–c)。芒农型tektites冲击程度相对更低，靶体岩石中的磁铁矿可能残存于熔体中，并且由于芒农型tektites经历的还原环境更弱，最终造成芒农型tektites剩磁更强而磁化率更低(图7a–c)。(2) 熔体冷却历史：飞溅型tektites冷却时间更短、冷却速率更快，这种情况不利于铁磁性微晶继续生长，最终可能结晶为少量的单畴磁铁矿。而芒农型tektites冷却时间更长、冷却速率更慢，有利于铁磁性微晶继续生长并形成较多的假单畴磁铁矿。(3) 移动磁化效应：飞溅型tektites熔体在溅射过程中不断地旋转和翻滚，快速冷却过程中记录了方向杂乱的移动剩磁，一部分熔体可能溅射至高空受到弱地磁场磁化，造成等效磁化比率REM<0.005(图7d)。大多数芒农型和飞溅型tektites记录了地磁场信息，REM介于0.005和0.05之间(图7c–d)。(4) 强磁场磁化效应：研究发现少量华南芒农型和印支半岛芒农型AASF tektites存在强磁化信号(REM>0.1)(图7d)，考虑到地球环境和撞击过程的复杂性，雷暴闪电重磁化和撞击诱导磁场对tektites磁性信号的影响需要考虑在内。
图7. AASF tektites磁性信号对比(a.磁化率；b.矫顽力 vs. 饱和剩余磁化强度；c.天然剩磁 vs. 饱和剩余磁化强度；d. 天然剩磁 vs. 等效磁化比率)
四、首次在华南芒农型AASF tektites中发现数颗微米级铁硫球粒(图8)。AASF tektites低温磁性信号初步排除了陨硫铁(~70 K)和单斜磁黄铁矿(~34 K)的可能性，而铁硫球粒原子序数比率(Fe/S=~0.94)排除了黄铁矿(FeS2)、针铁矿(Fe3S4)的可能性。微量元素比率(Ni/Co=~9)指示铁硫球粒可能继承自地球靶体物质，是铁、硫元素与硅酸盐基质不混溶的产物。
图8. 华南芒农型AASF tektites铁硫球粒背散射电子图像和表面形貌的扫描电镜图像
大气科学学院博士研究生潘卿为文章第一作者，肖智勇教授为通讯作者，其他作者包括大气科学学院专职科研研究员吴蕴华、博士研究生闫盼、中国地质大学(武汉)博士研究生石太衡、中国科学院南京地质古生物研究所研究员殷宗军和中国科学院紫金山天文台研究员李晔。该成果得到国家自然科学基金面上项目(No. 42241108、42273040、42003053)、中国科学院战略性先导科技专项(B类No. XDB41000000)、中国载人航天工程等共同支持。
