月球表面布满大大小小的坑,小到岩屑上的微米坑,大到数百千米的大型坑。一般把多数直径大于300 km的称为盆地。这些坑的成因是什么?从伽利略时代到现代已争论300多年,有人认为它们是火山口,有人认为它们是外来天体陨落的陨击坑(impact crater),过去、甚至当前的中国书刊上仍不确切地称为“环形山”。从外观形貌很难区分火山口和陨击坑,近年来更多证据(尤其是含外来陨击天体的成分)说明绝大多数坑是陨击坑,仅少数有火山特征。
大多月球陨击坑有高于周围地形的边缘和低于周围地形的底部。陨击坑的形态取决于:①坑的大小;②表面的流变性质;③剥蚀的和退化的过程。几米以下的仅是浅坑而无隆起的外缘。直径1千米以上的可分为小的简单坑和大的复杂坑两大类,以直径约18 km(15~25 km)划界。
新鲜的简单坑呈碗形,内部较缺乏特征,边缘较尖锐,外面的抛出物沉积延展到坑直径的1~2倍远,近有同心的多丘脊,还有抛出物再撞击表面产生的“次生坑(Secondary-impact crater)或次生坑链”;雨海区的高分辨图像测量得出,新鲜简单坑的深度与直径的比率d/D=0.14,小于其他区以前测量值(d/D=0.2);退化的简单坑的d/D约为0.02。在某些选定高地和月海区域,新鲜的简单坑的d/D范围为0.12~0.2。剥蚀和退化过程大多与陨击有关,导致抹去坑缘和抛出物以及物质坡移。此外,月海熔岩的沉积填充可能掩埋原来的碗形坑。
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图5-35 不同直径的陨击坑
月岩样品的微坑(Microcrater)、碗形的简单坑(Linne,Tarutius H)到复杂坑(Euler,Tycho,Cassendi)和薛定谔(Schrödinger)盆地及东海盆地(Orientale)
复杂坑有平的底部,坑的深度与直径的比率d/D小于上述简单坑的值,且有形式d=aDb(a与b为常数),有中央峰及弧形的壁阶梯,坑内有淤积和抛出而固结的陨击熔融物。复杂坑也遭遇表面改造过程,使得坑缘、中央峰或抛出物部分退化,部分甚至完全被后来的玄武熔岩物质沉积填充。较年轻(≤10亿年)的复杂坑常保存抛出物沉积,呈放射状的长而亮的“辐射纹(Rays,radiating ridge)”,有些延展几百千米。满月时,第谷坑和哥白尼坑的亮辐射纹尤为壮丽。直径大于100 km的(如图5-35的薛定谔盆地)发生转变的形式,显示峰环。直径约300 km以上的大型坑称为盆地,特征是有两个或多个同心的脊或陡坡面向坑中心(如图5-35的东海盆地)。
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