10隕石的概況和研究意義

1、十隕石的概況和研究意義1隕石的形態(tài)、大小和特征科學(xué)工作者將1977年12刀1日河南信陽的隕石命名為信陽隕石，其中較大的一塊稱z為信陽 1號隕石，重48公斤，形狀呈二角錐狀（見下圖）；較小的一塊稱z為信陽2號隕石，重27.5公斤, 形狀呈斧頭狀（見下圖）。經(jīng)過對這兩塊隕石的比較，實驗和推敲，科學(xué)工作者發(fā)現(xiàn)它們可自然拼成 一塊，合并后的形狀像-塊三角形多面體，（見下圖）。這種白然拼合進-步說明它們原來只是-塊 隕石，在穿過地球大氣層時才爆裂開的。這兩塊隕石的表而是一層黑色的較薄的硬殼，在隕石學(xué)上 稱z為熔売。信陽隕石的熔殼厚度較均勻，一般為0.5龜米左右。在這層熔殼下面就是隕石的內(nèi)部 物質(zhì)，呈灰色

2、。信陽一號隕石和信陽二號隕石“重逢"在信陽1號隕石的表面匕可以看到一個較淺的凹坑，像是川手指在黏土上按出來的印了，隕石 學(xué)上稱這些隕石表曲上的凹坑為“氣印”。信陽1號隕石的氣印主要分布在上半部的熔売表而上，在一號隕石上半部的氣印分布也不均勻, 般是每10平方煙米而積內(nèi)有1.5個，其氣印長軸為4至4.5 mx,短軸2.5至3丿用米，坑深1至 1.5毫米。分布最密的地方可達到每1（）平方厘米5個氣印，這些氣印大小差不多，每個氣卬的長軸 約3厘米，短軸約2.5厘米 坑深2金2.5毫米。在這塊隕石表面上冇極個別的氣印坑深達到6毫米。 信陽1號隕石的氣印形狀為近橢圓形或近菱形。在這塊隕石下半部

3、，有的熔殼表血幾乎見不到明顯 的氣印。在信陽1號隕石表而上，還有許多明顯的流紋線，這在其他隕石中是罕見的。這些流紋線呈線條狀，在隕石熔殼i 向外凸起，直徑為（）.3毫米至1毫米，長度一般為幾厘米到10幾匣米，這些流 紋線排列成傘狀輻射，科學(xué)工作者推測是當(dāng)隕石在大氣中高速定向（無旋轉(zhuǎn)）飛行時，rti高溫高壓 氣流沖刷而成的c今天，人類己進入空間時代，人造衛(wèi)星的回收和寧宙飛船重返地面已成為當(dāng)代空i'可科學(xué)的前沿 課題。在高速返回地球人氣層的沖刺中，這些幺亍器都要經(jīng)受嚴(yán)重的熔蝕，因此這次信陽隕石的流 紋線為空間飛行提供了寶貴的資料。前衍介紹的是信陽隕石的情況，其他隕石的形態(tài)如何呢？隕石冇多種

4、多樣的形狀，例如多面體 的塊狀、團塊狀、橢球體狀、圓錐體狀、不規(guī)貝ij狀等。i般說來，隕石的形狀不是非常規(guī)則的。隕 石的人小和重量也相差懸殊，小的比小指頭還小，大的有兒十噸豆世界上己發(fā)現(xiàn)的最重隕石是鐵 隕石，有60噸，名叫戈巴鐵隕石，它落在西南非洲。戈巴鐵隕石的長和寬分別為2.95米和2.84米, 高為0.5米至1.2米。1997年2月15日晚山東董口隕石雨的一塊小隕石至今，世上還沒有發(fā)現(xiàn)過100噸以上的丿邙員石。是沒有還是沒有找到呢？科學(xué)家對這個問題進 行了計算分析，他們認(rèn)為，（）（）噸以上的隕石體沖入地球大氣層時，即使不瓦解，能夠整塊地往下 沖，但是，由于隕石體木身太重，大氣阻力對它速度變

5、化的影響不大，隕石體仍能保持相當(dāng)一部分 宇布速度與地面相撞，這樣高速的激烈撞擊能使隕石體“粉身碎骨”，同時巨人的動能在瞬間轉(zhuǎn)化 為熱能，使人部分隕石物質(zhì)和部分地面物質(zhì)熔化或氣化，并向四面濺射，隕石體本身就這樣“化整 為零” to世界上最大的石隕石是吉林1號隕石，它重177（）公斤。石隕石與鐵隕石相比，容易瓦解，因 此難以發(fā)現(xiàn)更重的石隕石。從發(fā)現(xiàn)的石隕石悄況看，它們的重量多數(shù)在幾百克金十多t克范圍內(nèi)， 這是由于這樣的石隕石數(shù)最較多，落到地面后又容易察覺。隕石的形狀和人小并不是判斷隕石的重要標(biāo)志，隕石的重要標(biāo)志是熔殼和氣印。和信陽隕石相類似，新落下不久的隕石，夕卜農(nóng)般是深褐色、黑色或深灰色，這層外

6、殼是一層天5t ji h §、o薄薄的殼層，被稱為熔殼，它是隕石的特殊標(biāo)志。也有其他顏色的熔殼，但比鮫少見。石隕石的熔 殼厚度一般不超過1毫米，鐵隕石的熔殼更薄，一般不超過0.2毫米。隕石另一個特征是氣印。和信陽1號隕石相類似，在隕石的表面時常（但并不是必定會）看到 一-些特殊圖形或橢圓形或近菱形的小淺坑，凹坑的直徑-般從兒毫米到兒厘米，深度比較淺。這些 淺凹坑就是氣印。2隕石的分類落在地球表面上的這一塊塊隕石，是來自地球外的天體標(biāo)本，它們能給我們帶來什么重要信息 呢？隕石的“身世”如何？它們和太陽系以及地球的起源又有什么關(guān)系？這些都是人們所希望了解 的。要想探討這些問題，首先要弄清

7、隕石的分類，各類隕石的特點及相可之間的聯(lián)系，它們與地球、 太陽有什么關(guān)系？從中找出規(guī)律性的東西來。從成分和結(jié)構(gòu)看，隕石的利啖很多，在全世界收 集100（）多次的隕石中，可以分成幾十種類型，不過大體上可分為四大類，這四大類隕石是球粒隕石、 非球粒隕石、石鐵隕石和鐵隕石。前兩類都是石隕石，主要由硅酸鹽物質(zhì)紐成，冇點像仃頭那樣； 但球粒隕石與非球粒隕石又有相當(dāng)大的差別°球粒隕石是最丄要的隕石，在全部看見落卜并找到的隕石屮,球粒隕石落h的次數(shù)占87.3%, 可以說天上每落卜八次隕石，就有七次是球粒隕石，表明這種隕石占比例相當(dāng)大。球粒隕石有一個重要的特點，即在它們的內(nèi)部一般都含有許多球狀顆粒，

8、球粒直徑從零點幾毫 米至幾毫米，小的像小砂粒大小，大的冇豌豆那樣大（見下圖）。這種球粒結(jié)構(gòu)是很特殊的，在地球 的巖石屮還沒有找到過。除了球粒，在球粒隕石內(nèi)部還有一些金屬銀鐵顆粒和金黃色閃閃發(fā)亮的隕 硫卿粒。從我國東臺球粒隕石中取出的11顆球粒照片，照片中球粒大小為1毫米至1.8毫米球粒隕石還有一個很重要的特點，即它們的化學(xué)成分與太陽有某種類似，這就是在非揮發(fā)元素 組成上與太陽相接近。其他類型的隕石并沒有這樣的特點，地球月球的巖石也未發(fā)現(xiàn)這種特點。由 于太陽的質(zhì)量占整個a陽系質(zhì)量99%以上，因此球粒隕石這個特點對研究a陽系的起源是很有意義 的。第二大類是非球粒隕石。它們主要也是rh硅酸鹽物質(zhì)組成

9、，也是像石頭那樣，但非球粒隕石內(nèi) 部并無球粒，其成因與球粒隕石有較人羌別。第三人類是鐵隕石，主要由金屬鐵線組成，看起來就像-塊鐵。鐵隕石一個重要特征是隸的含 量比地球上口然飲的鐮含量明顯地髙。地球上口然恢中線的含量最髙不超過3%,往往在1%以下，天袞寢歸看而鐵隕石的驚含量都超過5%。由于鐵隕石中傑的含量較高，因此町以說它們是一塊塊犬然的“宇 宙合金”。人多數(shù)鐵隕石還有-另一種特殊的標(biāo)志，即把藝們的表面擁光，濟得像鏡子一樣發(fā)亮，這時用某 種酸（如硝酸）的稀溶液把這種光面浸上5分鐘到10分鐘，鐵隕石就會露出它的廬山真面目一表 而上岀現(xiàn)一種花紋。這種花紋山交義條帶組成，呈網(wǎng)狀，而條帶乂被一些發(fā)亮的狹

10、奄細(xì)帶所圍繞， 這種花紋叫韋德曼花紋（見下圖）。這種特殊花紋在地球上的口然鐵中是沒有的。一些科學(xué)丄作者通 過研究發(fā)現(xiàn)，熔化的牒鐵在異常緩慢冷卻的條件下，才會結(jié)晶出這種結(jié)構(gòu)。佔計這個過程發(fā)生在較 人小行星的核心，經(jīng)過熔化下沉到這里的銳鐵被上百公里的熔化巖石層包圍著，熱最不容易散發(fā)出 去，只能很慢地冷卻、結(jié)晶。第四大類是石鐵隕石，硅酸鹽物質(zhì)與鐵鐮物質(zhì)含量差不多，好像是石塊和鐵塊的混合體。它們 有多種形態(tài)，其中一種叫橄欖隕鐵，它好像一塊鐵海綿，空洞為圓形或多角形玻璃狀礦彳一黃綠 色橄欖仃的（石質(zhì)）顆粒所填充。另一種叫中隕鐵，“身體”是石質(zhì)（硅酸鹽）的，全身散布許多鐮 鐵顆粒。韋德曼花紋。（對應(yīng)長約3

11、. 5毫米的樣品）將鐵隕石的光片用5詡酸+ 95%酒精的溶液浸蝕，就顯現(xiàn)出清晰的 韋德曼花紋。照片中灰白色寬帶為鐵紋石，鐵紋石中的白色亮線為鎳紋石，灰黑色的區(qū)間為合紋石。照片中間的包體 為隕硫鐵。這四人類隕石，它們之間并不是亳無聯(lián)系的：人-拿起石鐵隕石，就很容易看出它的形態(tài)是鐵隕 石與石隕石的白然過渡。拿鐵隕石看，屮隕鐵和人多數(shù)球粒隕石小都有鐵線顆粒，但屮隕鐵的鐵鎌 顆粒更明顯。至于鐵隕石，主要就是鐵線。再拿一些鐵隕石來看看，在少數(shù)恢隕石中，還發(fā)現(xiàn)含有 硅酸鹽的包裹體，就是說有一些石頭塊散布在金屬銀鐵里而。例如我國內(nèi)蒙古勺珠穆沁鐵隕石就含 冇明顯的石頭塊，重量占到8.43%o由于它含冇石塊，所

12、以比重比一般鐵隕石小，顯得輕一些。以 上這些現(xiàn)象反映了這幾類隕石在演變史上有一定的關(guān)連。3隕石的身世和研究意義木章開篇說的兩塊信陽隕石，科學(xué)工作者已“查切”它們是兩塊球粒隕石。詢而曾說到球粒隕石的化學(xué)細(xì)戍與太陽有某種類似，推測它們與太厲i系的起源有一定的關(guān)系，那么球粒隕石是不是太 陽系最古老的石頭呢？為了深入探討這個問題，還需要測定隕石的年齡，并與地球上的各種巖石作 比較。一塊石頭怎么知道它多人歲數(shù)呢?原來石頭|含有放射性同位素，這吐放射性同位素會蛻變成 新的元素，而11蛻變的速度是穩(wěn)定的。例如鈾238,這種放射性同位素經(jīng)過45億年就有一半含量裂 變成鋁和氨，這45億年就稱為鈾238的半衰期。

13、如果經(jīng)過90億年即兩個半衰期的時間，鈾23x就 只剩下1/4,另外3/10變成鋁和氮。因此根據(jù)石頭中現(xiàn)在含冇多少鈾238和生成多少鋁和氨，就 可以標(biāo)出石頭從凝固到現(xiàn)在的年齡。除鈾238以外，還可以用別的放射性同位素測年齡，這些放射 性同位索就像計時器一樣，定出石頭的歲數(shù)。不過年齡是從石頭最后一次凝固的時間算起。如果一 塊石頭受熱重新溶化和凝固，年齡就要從頭算起，就好比塊體育比賽用的碼表乂從零走起那樣。測定結(jié)果，地球上大部分石頭的年齡都不超過1（）億年，最占老的石頭是30多億年?？雌饋?， 這個年齡已經(jīng)很大了，但要是與隕石相比，就差遠(yuǎn)了。在太陽系屮，九個行星用繞太陽的運動人體在一個平面上，而一目順

14、著一個方向跑。從這個現(xiàn)象, 人們推測太陽系原來是一團龐人的氣體塵埃云,稱為“太陽星云”。這個星云大體上有一個h轉(zhuǎn)方向, 由于引力的作用，星云收縮變得扁平，逐漸在中心凝聚成太陽，外部形成行星、衛(wèi)星等天體。這些 行星由于是同一扁平星云物質(zhì)形成的，所以大體在同一個平面上。（行星形成以后，內(nèi)部又繼續(xù)起變 化，改變了原來的狀況）。球粒隕石的化學(xué)成分特點，使人們推測它們和太陽都是由太陽星云肓接凝聚變成的?，F(xiàn)在落在 我們手里的這一塊塊球粒隕石很可能是太陽系較原始的凝聚團塊，我們可以把藝們放在實驗室里， 用現(xiàn)代髙梢度的測試儀器進行分析，以研究太陽系的誕心過程。從球粒隕石的一個個小球粒，人們口然又會聯(lián)想到太陽星

15、云中的細(xì)微塵埃會凝聚，變成毫米大 小的球粒，再rti許多球粒集聚成更大的天體。那么，球粒是怎樣rh塵埃物質(zhì)變過來的呢？這是太陽 系起源中一個重要問題。一個個結(jié)實球粒的形成，表征著太陽系已開始脫離混混沌沌的氣體塵埃狀 態(tài)，在整個太陽系形成的宏偉歷程中邁開了很冇意義的第一步。然而這個球粒形成的問題卻是眾說 紛紜，在很長時間內(nèi)一直是個難解之謎?？磥響?yīng)該從球粒木身的性質(zhì)加以深入的探討?？茖W(xué)工作者 經(jīng)過研究，發(fā)現(xiàn)球粒一般是滴粒的開彳狀，偶爾述有一個球粒被另一個球粒|炎入的情況，人們還深入 分析了球粒的礦物質(zhì)和結(jié)晶情況，當(dāng)把樣品磨成薄片，放在偏光顯微鏡下，就町以看到五光色的 圖像，-1 分有趣。經(jīng)研究，發(fā)

16、現(xiàn)組成球粒的礦物質(zhì)有橄欖石、斜方輝石和斜長石等硅酸鹽礦物，這些 礦物質(zhì)在地球上的i些火成巖|迪有，它們是在高溫條件（髙于攝氏000度）下形成的，球粒|還 發(fā)現(xiàn)有玻璃物質(zhì)。在工業(yè)牛產(chǎn)中，人們都知道，_般玻璃石沒有結(jié)品的物質(zhì)。牛產(chǎn)玻璃的過程，首 先耍把一些選好的巖石材料溶化，然而讓它很快地冷卻，這樣它內(nèi)部的分子述來不及排列就凝固了。 玻璃物質(zhì)在球粒中的出現(xiàn)表明球粒的冷卻過程是很快的。從以上這些特點，一些科學(xué)工作者推測球粒是這樣形成的：在原來太陽星云屮，有一部分塵埃 集聚成許許多多的塵埃球，這些塵埃球由于可能由于閃電或碰撞籌原因受到高熱，變成高溫下溶化 的液狀滴粒，隨示迅速冷卻結(jié)晶，（有_部分物質(zhì)還

17、來不及結(jié)晶，變成玻璃物質(zhì)），這些冷卻的滴粒 就是辟。這里順便再介紹一下，在球粒隕石中冇一種特殊的碳質(zhì)球粒隕石，這種隕石是黑色易碎的，它 含有一定數(shù)最的碳和水（水在這種隕石屮不是呈現(xiàn)液體狀態(tài)，而是與其他化合物結(jié)合在一起），在有 的碳物質(zhì)球粒隕石中，水的含量還相當(dāng)多，會占到20%左右。這說明，太陽系誕巾i寸期就已經(jīng)有水 存在于這種球粒隕石之中，只要具備一定的條件，水就會從中分化出來。天5t ji h §、o述有一小部分石隕石是非球粒隕石。這類隕石有幾個特點：仙球粒隕石相比錢 它們不僅沒 冇球粒，而h丄匕一般球粒隕石輕，也就是說密度小一些。在絕大部分非球粒隕石中，謀鐵少，尤其 是金屬鐮鐵少

18、。與地球的巖石比較，在化學(xué)成分和礦物上，這類隕石與地殼屮一些巖漿巖相類似, 非球粒隕石的結(jié)晶比球粒隕石粗得多。推測它們在隕石小，有-部分鐵以氧化物形式出現(xiàn)在硅酸鹽 中，或與硫結(jié)合成隕硫飲，而另部分是金屬線鐵，起源于巖漿的結(jié)晁 小行星相比較。人們 近年來對一些小行星進行了分光光度測量，發(fā)現(xiàn)不少非球粒隕石的成分與一個較大的小行星表面物 質(zhì)相類似。一些非球粒隕石還帶冇碰撞過的痕跡。在這些隕石中發(fā)現(xiàn)了不少的碎右塊，推測是受 碰撞麻，巖石碎裂，但在夕卜部壓力或內(nèi)熱作用下，這些碎石塊仍然固結(jié)在一起。從以上情況，人們對非球粒隕石的形成進行了推測，非球粒隕石和球粒隕石是石隕石，主要是 硅酸鹽物質(zhì)。說明兩者有相

19、似之處，但乂有區(qū)別，_些科學(xué)工作者估計，區(qū)別是這樣弓i起的：球粒 隕石物質(zhì)受熱熔化，球粒結(jié)構(gòu)因此消失，一部分較重的傑鐵下沉，簾卜來的就是非球粒隕石物質(zhì)。 由丁碌鐵少了，所以非球粒隕石也輕一些。這種分化發(fā)生在一些較大的小行星內(nèi)部，經(jīng)過溶化和分 化，在小行星的核心主要是較重的鐮鐵物質(zhì)，上層主要是較輕的非球粒隕石的石質(zhì)物質(zhì)，以后逐漸 冷卻和結(jié)晶。在小行星環(huán)帶區(qū)小，巖漿巖是由溶化狀態(tài)的巖漿冷卻凝固而成的巖石，乂稱作火成巖。分光光度測量，簡單地說來，是用許多不同顏色的濾光片測定小行星的亮度（包括紫外光和紅 外光的亮度），就可以得出分光反射曲線，再與各種隕石相比鮫。小行星的數(shù)冃又很多，在多少億年的漫長歲刀

20、中，冇時會發(fā)生兩個小行星的碰扌童，瓦解成大大 小小的碎片，較人小行星上層部分乩解的碎片是非球粒隕石。因此隕石是太陽系古老的考古樣品，有重要的研究意義。4中國古代的隕石我國口夏代以來4100多年中有360多次隕石記載的史料，是金世界研究古代隕石最為系統(tǒng)而 珍貴的資料。據(jù)竹書紀(jì)年統(tǒng)箋記載，公元前2133年在我國河南省穎川陽翟降落的一場鐵隕石雨, “帝禹夏氏八年，雨金夏也”。這是壯界上最早的存關(guān)隕石的文字記載。春秋也記載了公元前645 年12月24 h河南省商丘縣城北的一次隕石降落：“僖公十六年春，王正月戊申朔，隕石于宋五?！?左傳解釋說：“十六年春，隕石于宋五，隕星也?！边@里首次提出了隕石是星隕至地之說，這比歐 洲人認(rèn)u噠一真理要早2000多年。我國史籍i 還冇許多隕落現(xiàn)彖和隕星性質(zhì)的科學(xué)記述。宋朝苦名科學(xué)家沈括就對隕石的瞅落作過相當(dāng)生動的描述：