第二章、扫描陨石
一、陨石
陨石,从宇宙空间穿过地球大气层落到地面上的,并 保 持 其 原 始 特 征 的天然固态物体(流星体)。常以坠落处或发现处的地名命名。
陨石含有最古老的太阳系物质,可作为陨石母体外部和内部原始的和高度演化的物质的样品。陨石记载了太阳和银河系效应,借此可获得有关地球和其他行星、卫星、小行星及太阳成因,演化和化学组成的资料。有一些陨石含有富钙铝的难熔包体,借此可以追溯太阳系形成以前的事件。如超新星爆发合成的某些核素(碘--129、钚--244、鈀--109及铝--26等) 。在太阳系形成以前就加入前太阳系的原始物质,另一些陨石含有自星际介质巨大分子云的有机物质。陨石还可以为行星遥感资料的解释提供物理和化学的信息,在实验室内可以对陨石进行多学科的综合研究,其主要目的是建立 阳系的起源及期演化历史。
全世界(不包括南极洲)已知的陨石降落事件(包括观察到降 落和未观察到降落而发现的陨石)约2500次。自1969年至1989年在南极地区发现和收集了约11000多块陨石样品,这些陨石统称为南极陨石。
陨石按其降落或发现处附近的城镇或邮局而命名。南极陨石则按发现陨石最近的地理位置而命名。南极陨石的名称由3部分组成:第一部分为发现和回收陨石的地区,如南极的Yamate或Allan Hills地区。第二部分是两位数,表示发现和收集陨石样品的年度或野外收集陨石的季节,如77为1977—1978年野外季节回收的陨石。第三部分为在该地区回收陨石样品的序号,例如All,Hil,82100陨石样品,表示在All,Hill地区1982一1983年野外季节回收的第1001A陨石样品。根据陨石中金属铁--镍、硅酸盐相和硫化亚铁的相对比例,将陨石分为 3 类。一是铁陨石,金属铁~镍约为95%,是较 普遍的陨石类。根据其镓锗和镍的含量及结构构造特征,可分为不同的化学群。
陨石的内部构造特征,可提供陨石的母体冷却速率和大小的信,陨石母体的大小一股为50—200千米之间。二是石~铁陨石,金属铁~ 镍约为50%,这是一个定义不太确切的陨石群。除它们均是金属铁~镍和硅酸盐的混合物组成这一点外各种亚类很少有共同之处。
1、石~铁 陨石,在南极洲和非南极洲陨石中都很少,仅在南极地区收集到4块石-铁 陨石样品。有两类陨石包含了大多数石--铁 陨石。即橄榄陨铁(橄榄石--金属)及中铁陨石(橄榄石--古铜辉石--金属) 。
2、石陨石,金属铁--镍小于20% 。石陨石可划分为球粒陨石和无球粒陨石。球粒陨石是石陨石中最原始的物质。由硅酸盐(主要是橄榄石和低钙辉石)铁的硫化物(陨硫铁)和铁--镍金属合金的混和物组成。它们通常含有直径为0.2---2毫米的球粒。按矿物和化学组成球粒陨石又分为:顽火辉石球粒陨石(EL低铁群顽火辉石球粒陨石和EH,高铁群顽火辉石球粒陨石)。普通球粒陨石(H为高铁群,L为低铁群,LL为低铁低金属群)及碳质球粒陨石。碳质球粒陨石又可分为4个化学群,CI、CM、CO、CV 。无球粒陨石与某些地球岩石非常相似,具火成结构。最普通的类型是橄辉无球粒陨石,具玄武岩结构,有一些无球粒陨石受到过冲击作用。在矿物玻屑层,常有火成碎片。大多数陨石采自碎裂的小行星体(陨石母体)。铁陨石代表陨石母体核的物质。石---铁陨石(橄榄陨铁)代表核---幔边界的物质。石陨石代表陨石母体表面或近表面的岩石。
一般来说在南极地区发现和收集的陨石样品类型与非南极陨石的类型相似,但在南极陨石样品中除己知的陨石类型外,还发现一些独特的和新的陨石类型。例如己在南极陨石中发现8块来自月球的月球陨石,它们都是富长石的角砾岩(斜长岩质角砾岩)。从化学组成看,它们不仅是来月球高地,而且是来自从地球表面能见到的月球远边或背面,它们代表了5次不同的冲击和降落事件。此外在南极陨石中还发现2块可能是来自火星的火星陨石。月球陨石和火星陨石的发现表明,陨石除来自小行星带外,还有其他的来 源,这是陨石学和天体化学研究领域的重大突破。
3、陨石的形状
陨石的形状各种各样,大小不等,其重量从不足千分之一克到几十吨。目前发现的世界上最大的铁陨石,是非洲纳米比亚的霍巴陨铁,重约60吨。中国的新疆铁陨石重约30吨。最大的石陨石是中国吉林陨石雨的1号陨石,重1770千克。
4、陨石是自然现象
研究简史表明,陨石陨落是一种壮观的自然现象,从远古时候起就引起人们的注意。根据古籍记载中国在距今约4000年前的夏代,己有关于陨石雨的传说。春秋战国时期,己有关于陨石陨落的文字记录。1794年,德国克拉尼(E.F.F.CHLADNI)在一本书中指出,某些天然铁块不是地球产物而是宇宙物质,但真正的科学研究工作是从1860年左右,偏光显微镜等新测试技术应用于陨石研究之后才开展起来。1863年罗泽术应用于陨石研究之后,才开展起来的IB63fi罗泽(G.ROSE)提出了陨石的系统分类方案。此后各国的地质学家、化学家物理学家、地球化学家和天文学家等,对陨石做了许多研究工作,积累了丰富的资料 。
20世纪60年代以来由于空间探测的进展新的测试分析技术(如电子探针、质谱和中子活化技术等的普遍应用,使得陨石研究工作取得了丰硕的成果。近年来,相继降落的墨西哥的阿连德碳质球粒陨石雨,中国的吉林陨石雨和在南极洲发现的5000多块陨石标本 ,对陨石研究起了很大的促进作用。
中国的陨石研究工作是在1961年以后逐步开展起来的。1976年以来,经过对吉林陨石雨进行多学科的综合研究,于1977年8月召开了吉林陨石雨专题学术讨论会,接着出版了《吉林陨石雨论文集》,在此基础上又开展了其他陨石的矿物学、岩石学、化学成分、同位素近代学 、宇宙成因、核素热历史等内容的综合研究。1980年10月成立了学术团体——陨石学及天体化学专业委员会, 并制定了《中国陨石收集与保护条例》。
二、陨落过程
流星体以椭圆轨道绕太阳运行,由于受其他天体的摄动或与其他天体碰撞,而改变其运行轨道,当其轨道变到与地球轨道相交时,就可能坠落到地球上来。
而流星体以约11--- 72公里/ 秒的速度闯入地球大气层时,它前端空气受到强烈压缩,经与空气摩擦而使其表面温度升高。在离地面约135 — 90公里的高度,大气阻力使流星体开始减速,由于激波和大气摩擦作用引起它的表面发热发光,开始气化 腐蚀,表面的熔化物质向流星体后部喷射,又使新的裸露面气化、熔蚀,使陨石发生烧蚀作用。流星体陨落到55公里以下,由于那里大气密度大得足以使它前端的空气受到强烈的压缩而产生激波,因而,有时发出隆隆的响声。当流星体降到12.5公里左右的高度,时速度减到100— 300米/秒的终点速度,其表面温度大大降低,不再发光,先前熔化的表展迅速凝固成黑色的熔壳,最后流星体撞击地面,成为陨石。
陨石陨落的整个过程大约延续几十秒钟,如果流星体质量相当大,其初始速度又大大超过音速,那么在穿过大气层的过程中, 直到强大的不均匀的冲击压力,使它在30—12公里的上空分裂成许多碎块,散落在大面积的面上,成为陨石雨。如果流星体很大,最后仍保持很高的速度,在它撞击地面前的瞬间,由于流星体前端的空气受到突然的非常强烈的压缩而急剧升温,使流星体本身及其周围的物质骤然气化而猛烈爆炸,结果陨石粉碎。撞击处形成一个圆形的陨石撞击爆炸坑,简称陨石坑。坑的直径比陨石大得多。当巨大的陨石在着陆前的猛烈爆炸所形成的碎块,是不规则形状并坠落地表之际,因此,不一定在地表上形成标准的圆形撞击坑。陨石和地球物质的碎片和熔化滴粒散布在坑周围的广大区域。