我國(guó)南極考察隊(duì)的南極石膏收集

我國(guó)南極考察隊(duì)的南極石膏收集

石雕是地球之外的巖石樣品，是研究系數(shù)起源和發(fā)展的重要窗口。隕石分為兩大類(lèi):球粒隕石和非球粒隕石。球粒隕石是早期太陽(yáng)星云凝聚形成的由球粒、金屬和基質(zhì)等組成的集合體,它還可能包括各種類(lèi)型恒星的塵埃,因此,球粒隕石記錄了太陽(yáng)系起源的重要信息。而非球粒隕石,即鐵隕石、石鐵隕石和其它無(wú)球粒隕石,則是由行星和小行星熔融產(chǎn)生,它代表了行星的核ue001￣幔ue001￣殼分異產(chǎn)物1格蘭雙界碳流場(chǎng)及冰流速區(qū)域分布1969年日本南極考察隊(duì)在南極Yamato地區(qū)發(fā)現(xiàn)9塊不同類(lèi)型隕石之后上述近5萬(wàn)塊隕石樣品的收集和40多年的南極隕石現(xiàn)場(chǎng)考察觀察充分表明,南極是地球上最富集隕石的地區(qū)。南極隕石富集機(jī)制與冰蓋的流動(dòng)密切相關(guān),即南極冰蓋在向四周流動(dòng)過(guò)程中遇到山脈或隱伏山系的阻擋,冰流受阻或者冰流速度大幅度減緩,在下降風(fēng)的作用下,局部冰層快速消融,而其中的隕石露出冰面并富集。因此,南極隕石的富集區(qū)沿著東南極冰蓋邊緣分布,主要有橫斷山脈地區(qū)和東南極的東側(cè)邊緣(圖1)。目前在東南極四周已發(fā)現(xiàn)了50多個(gè)隕石富集區(qū)2格洛夫山石雕2.1格羅夫山地區(qū)隕石收集情況自1998年起,我國(guó)先后在格羅夫山地區(qū)開(kāi)展了5次綜合考察,每次均有隕石發(fā)現(xiàn)(表2)。1998/1999年第15次南極科考隊(duì)對(duì)格羅夫山地區(qū)開(kāi)展首次綜合考察時(shí)偶然發(fā)現(xiàn)了4塊隕石樣品。1999/2000年第16次南極科學(xué)考察在格羅夫山綜合考察中,發(fā)現(xiàn)并收集到28塊隕石,其中1塊火星隕石和1塊灶神星隕石。這些隕石的發(fā)現(xiàn)表明,格羅夫山地區(qū)可能是南極又一個(gè)隕石富集區(qū)2.22.2.1野外作業(yè)和設(shè)備條件五次格羅夫山考察,除首次外,其余四次的考察人員與裝備情況基本相近,隨后每次考察裝備略有改善和加強(qiáng)2.2.2收集隕石的登記和鑒定格羅夫山隕石考察時(shí),先乘坐雪地車(chē)或雪地摩托車(chē)對(duì)未知藍(lán)冰區(qū)進(jìn)行踏勘,了解地形和藍(lán)冰分布特點(diǎn),再制定搜尋計(jì)劃和安排,然后對(duì)大的藍(lán)冰區(qū)進(jìn)行步行拉網(wǎng)式搜尋,對(duì)小的藍(lán)冰區(qū)采用分區(qū)包干搜尋,同時(shí)雪地摩托配合搜尋回營(yíng)地后逐個(gè)對(duì)樣品進(jìn)行鑒定,確定是否為隕石和大概類(lèi)型,并按國(guó)際慣例統(tǒng)一編號(hào)(地名+發(fā)現(xiàn)時(shí)間+順序號(hào)),格羅夫山收集的隕石編號(hào)為GRV+時(shí)間+順序號(hào)最后,對(duì)隕石進(jìn)行登記和,記錄內(nèi)容包括:隕石編號(hào)、發(fā)現(xiàn)位置(經(jīng)緯度)、發(fā)現(xiàn)者、主要鑒定特征(包括形狀、大小、熔殼、顏色、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、風(fēng)化程度等)、初步鑒定結(jié)果和鑒定者。為了盡可能保持其原始狀態(tài),運(yùn)輸過(guò)程一直保存在冰庫(kù)中,使隕石盡可能減少氧化和污染。2.32.3.1球粒隕石的分類(lèi)隕石研究首先需要對(duì)收集到的樣品進(jìn)行巖石礦物學(xué)分析,確定其化學(xué)群、巖石類(lèi)型以及沖擊變質(zhì)程度和風(fēng)化程度。由于我國(guó)收集的格羅夫山隕石數(shù)量巨大,因此,這項(xiàng)隕石分類(lèi)工作是一項(xiàng)工作量巨大的基礎(chǔ)性研究。根據(jù)隕石形成之后是否經(jīng)歷高溫熔融,隕石類(lèi)型可劃分為球粒隕石(或未分異型)和非球粒隕石(分異型)二大類(lèi)。未分異型隕石更為古老,代表了太陽(yáng)星云形成的產(chǎn)物,它們因?yàn)槠毡楹泻撩状笮〉那驙罟杷猁}集合體(即球粒),又被稱(chēng)為球粒隕石。球粒隕石如果受到高溫加熱,將發(fā)生熔融,并導(dǎo)致金屬與硅酸鹽的分異,從而形成分異型隕石。按照金屬與硅酸鹽含量的比例,分異型隕石被劃分為鐵隕石、石鐵隕石、無(wú)球粒隕石根據(jù)全巖化學(xué)組成、氧同位素組成和巖石礦物學(xué)特征等,球粒隕石可進(jìn)一步劃分為不同的化學(xué)群,包括頑輝石球粒隕石的高鐵(EH)和低鐵(EL)群、普通球粒隕石的高鐵群(H)、低鐵群(L)和低鐵低金屬群(LL)、富球粒隕石形成之后,還經(jīng)歷了不同程度的熱變質(zhì)作用和水蝕變,因此,在化學(xué)群分類(lèi)的基礎(chǔ)上,根據(jù)熱變質(zhì)和水蝕變的強(qiáng)弱將它們的巖石類(lèi)型劃分為1～6型,熱變質(zhì)的強(qiáng)度與水蝕變呈消長(zhǎng)關(guān)系。1～3為非平衡型(礦物化學(xué)組成沒(méi)有達(dá)到平衡狀態(tài)),且1～2型以水的蝕變?yōu)橹?4～6型為平衡型,以熱變質(zhì)為主。隕石是通過(guò)小行星之間的撞擊,被濺射進(jìn)入太空,因此普遍遭受程度不等的沖擊變質(zhì)改造,甚至出現(xiàn)熔融結(jié)晶,并形成一系列高壓礦物,據(jù)此將普通球粒隕石的沖擊變質(zhì)程度劃分為S1～S6等級(jí)別。此外,隕石的形成條件與地表有很大的差異,隕石降落地表之后,隨著時(shí)間的推移,不斷受到風(fēng)化作用,使其中的金屬和硫化物逐漸被氧化,甚至硅酸鹽礦物也產(chǎn)生水的蝕變,據(jù)此將其風(fēng)化程度劃分為W0～W6等級(jí)。2.3.2分散研究的基礎(chǔ)我國(guó)南極隕石的分類(lèi)工作和樣品管理,大致經(jīng)歷了三個(gè)階段:①2000年以前的分散研究;②2000～2006年的小團(tuán)隊(duì)形成;③2006年啟動(dòng)的南極隕石樣品庫(kù)和共享平臺(tái)建設(shè)。首次收集的4塊格羅夫山隕石由北京大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所聯(lián)合完成分類(lèi)工作2.4南北極生物和地質(zhì)標(biāo)本資源標(biāo)準(zhǔn)化管理與共享隕石是非常珍貴的自然資源,對(duì)于天體化學(xué)和地球化學(xué)研究具有重要的科學(xué)價(jià)值。但隕石來(lái)自地外太空,其成分特性與地球表面環(huán)境有很大差異,隕石降落后極易產(chǎn)生風(fēng)化和化學(xué)成分變化,因此大多數(shù)隕石在地表不易保存。南極因其特殊寒冷干燥的環(huán)境而保存了大量隕石。為了使這些在冰面上發(fā)現(xiàn)的隕石盡可能減輕風(fēng)化和成分變化而保存其科研價(jià)值,在隕石收集過(guò)程及后期的保管程序都非常嚴(yán)格和慎重。因此,為了長(zhǎng)久地保存這些特殊的科研樣品,建立專(zhuān)門(mén)的隕石樣品保管機(jī)構(gòu)是非常必要的。另外,建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)展示平臺(tái)和管理系統(tǒng),讓學(xué)術(shù)界和社會(huì)更多地了解和利用隕石資源,對(duì)充分發(fā)揮這些隕石的科學(xué)價(jià)值也具有重要意義。為了更好地保存和利用這些珍貴的科學(xué)資源,南極隕石樣品列入國(guó)家科技部的“南北極生物和地質(zhì)標(biāo)本資源標(biāo)準(zhǔn)化管理與共享試點(diǎn)項(xiàng)目”,國(guó)家海洋局中國(guó)極地研究中心負(fù)責(zé)組織建立南極隕石樣品庫(kù)。該項(xiàng)目的建設(shè)有四方面任務(wù):①研究和登記南極隕石樣品;②建立現(xiàn)代的隕石樣品庫(kù);③建立樣品管理體系和相關(guān)管理規(guī)定;④建設(shè)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。在該項(xiàng)目的支持下,第一期任務(wù)是2350塊隕石的分類(lèi)和樣品整理工作,其中2006年、2007年、2008年分別完成600塊、800塊、950塊。隕石分類(lèi)研究是在中國(guó)南極隕石專(zhuān)家委員會(huì)的指導(dǎo)下完成的。2006的600塊隕石分別由中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、桂林理工大學(xué)、南京大學(xué)等6個(gè)研究機(jī)構(gòu)完成,各自承擔(dān)100塊隕石的分類(lèi)隕石樣品庫(kù)的建設(shè)由中國(guó)南極隕石專(zhuān)家委員會(huì)設(shè)計(jì),中國(guó)極地研究中心負(fù)責(zé)具體建設(shè)。隕石庫(kù)由樣品保藏室、樣品處理實(shí)驗(yàn)室和隕石研究室等三部分組成。中國(guó)南極隕石專(zhuān)家委員會(huì)制定了隕石庫(kù)和樣品共享平臺(tái)(/yunshiku/)的有關(guān)管理規(guī)定,日常管理由中國(guó)極地研究中心負(fù)責(zé)。該平臺(tái)以隕石樣品信息為基礎(chǔ),包含有共享平臺(tái)的有關(guān)管理規(guī)定、樣品申請(qǐng)程序、建設(shè)成果等內(nèi)容,目前已向國(guó)內(nèi)外開(kāi)放。2.5國(guó)際隕石學(xué)會(huì)的批準(zhǔn)和批準(zhǔn)截至2010年,我國(guó)共完成格羅夫山隕石分類(lèi)2437塊(表3),所有這些隕石分類(lèi)和命名都得到了國(guó)際隕石學(xué)會(huì)的批準(zhǔn),并且分類(lèi)結(jié)果分別在第84、86、89、93、95、96期《隕石學(xué)年報(bào)》(3格架條件有利于南海新結(jié)晶實(shí)驗(yàn)的發(fā)展人類(lèi)在其居住區(qū)域收集到的隕石數(shù)量很少,總數(shù)不到3000塊。相反,自1969年在南極發(fā)現(xiàn)9塊隕石以來(lái)的40多年里,日本、美國(guó)和中國(guó)在南極收集到的隕石總數(shù)超過(guò)47000塊。南極是地球上保存隕石最多的區(qū)域,另外,由于南極極端的低溫、干燥、潔凈等環(huán)境,南極隕石樣品非常新鮮和很少受到地球物質(zhì)的污染,具有極高的科研價(jià)值。因此,南極隕石的搜尋就成為各國(guó)南極科學(xué)考察的重要項(xiàng)目。南極富集隕石的主要原因有二:①南極的氣候條件非常有利于隕石的長(zhǎng)期保存。南極隕石的居地年齡表明,其降落在冰蓋上的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)幾十萬(wàn)年,一些甚至達(dá)兩三百萬(wàn)年。南極冰蓋保存了相當(dāng)于近百萬(wàn)年間降落的全部隕石樣品,僅此南極冰蓋的隕石富集程度至少是地球上宜居區(qū)域的上百萬(wàn)倍;②南極冰蓋的流動(dòng),使隕石在一些特定區(qū)域得到進(jìn)一步富集。南極隕石降落到冰蓋后被積雪掩埋,而后,隨藍(lán)冰的流動(dòng)而被搬運(yùn)。如遇山脈阻擋,同時(shí)由于南極強(qiáng)烈下降風(fēng)對(duì)藍(lán)冰的消融作用,使隕石在該處暴露出冰層,并隨時(shí)間不斷積累而富集。事實(shí)也證明,包括格羅夫山隕石在內(nèi),絕大部分南極隕石都發(fā)現(xiàn)于南極內(nèi)陸的山脈區(qū)域,與藍(lán)冰的分布密切相關(guān)。3.1谷基層島峰的設(shè)立格羅夫山是東南極內(nèi)陸冰原島峰群,位于普里茲灣蘭伯特裂谷東岸,距中山站450km,地理坐標(biāo)72°20′～73°10′S,73°50′～75°40′E,由64座島峰和大面積的藍(lán)冰區(qū)組成,面積約3000km3.23.2.1格羅夫山隕石的平均重量有所增加,但年際變化迅速格羅夫地區(qū)東側(cè),由南到北呈雁行北北東向分布三段山脈,即陣風(fēng)懸崖南段、中段和北段(圖2)格羅夫山隕石分布的另一重要特征是,超過(guò)一半以上(約60%)的隕石發(fā)現(xiàn)于冰磧帶中。事實(shí)上,格羅夫山地區(qū)的藍(lán)冰表面分布有大量主要來(lái)自下覆基巖的巖石角礫,許多區(qū)域藍(lán)冰與冰磧帶的界線是不清楚的。格羅夫山隕石的分布與冰磧帶有非常密切的空間聯(lián)系,特別是較大塊隕石,而個(gè)體較小的隕石分布可能與風(fēng)的搬運(yùn)有很大關(guān)系。同日本和美國(guó)收集的南極隕石相比,格羅夫山隕石的平均重量明顯偏低。一部分原因是有相當(dāng)一部分樣品呈碎屑狀、缺失熔殼,很可能是由大隕石與冰磧礫石碰撞破碎而成。但是,即使排除這些碎屑狀樣品,對(duì)其他具有明顯熔殼隕石的統(tǒng)計(jì),同樣顯示與南極其它地區(qū)完全不同的質(zhì)量分布特征。這或許反映了格羅夫山地區(qū)獨(dú)特的隕石富集規(guī)律,或許與隕石的搜尋方式有關(guān)。日本美國(guó)南極隕石考察隊(duì)多采用雪地摩托為代步工具,因而易于發(fā)現(xiàn)大塊的隕石,而我國(guó)南極隕石考察隊(duì)多以徒步方式為主,搜尋的面積有限,但發(fā)現(xiàn)隕石較為徹底,這應(yīng)該更真實(shí)地反映了南極隕石的質(zhì)量分布特征。圖2還反映了5次格羅夫山考察所發(fā)現(xiàn)隕石的空間分布,可以看出不同期次考察所發(fā)現(xiàn)的隕石在空間分布上幾乎完全重合。盡管第19次南極考察收集到4448塊隕石(GRV02),僅相隔3年后,第22次南極考察在相同的區(qū)域又收集到5354塊隕石(GRV05)。大量隕石在同一區(qū)域的不斷出露,一方面與藍(lán)冰的持續(xù)消融有關(guān),另一方面與該區(qū)域藍(lán)冰表面的積雪由于風(fēng)的搬運(yùn)發(fā)生變化有關(guān)。很顯然,格羅夫山地區(qū)不僅是已知最富集隕石的區(qū)域,而且仍有大量隕石未被發(fā)現(xiàn),該區(qū)域的隕石搜尋是未來(lái)長(zhǎng)期的考察任務(wù)。3.2.2格羅夫山隕石特征在已分類(lèi)的2437塊隕石中,除2003年51塊和其它特殊類(lèi)型隕石是人為選擇外,其它分類(lèi)主要是采用隨機(jī)方式進(jìn)行選擇的,因此,在已分類(lèi)的格羅夫山隕石中,特殊類(lèi)型隕石的比例難以反映客觀情況,普通球粒隕石的類(lèi)型、大小、質(zhì)量、風(fēng)化程度、沖擊變質(zhì)等特征在一定程度上是能代表格羅夫山隕石的。根據(jù)分類(lèi)隕石結(jié)果和野外考察分析,格羅夫山隕石有如下特征:(1)質(zhì)量特征:以第三次格羅夫山考察收集的4448隕石為代表(2)隕石類(lèi)型特征:格羅夫山隕石類(lèi)型較齊全(表3、圖4),除普通球粒隕石外,火星隕石、灶神星隕石、常見(jiàn)碳質(zhì)球粒隕石類(lèi)型、鐵隕石、石鐵隕石、包括橄輝無(wú)球粒隕石Acapulcoite在內(nèi)的原始無(wú)球粒隕石等大部分特殊類(lèi)型隕石均有出現(xiàn)。但通過(guò)與ANSMET隕石對(duì)比,格羅夫山隕石的類(lèi)型特征是:L群隕石的比例高于ANSMET隕石,而LL群隕石的比例低于ANSMET隕石,對(duì)于其它特殊類(lèi)型隕石的數(shù)量比例就更低,特別是目前格羅夫山尚未發(fā)現(xiàn)月球隕石。(3)隕石風(fēng)化特征:根據(jù)發(fā)現(xiàn)位置,格羅夫山隕石產(chǎn)狀主要有藍(lán)冰型(發(fā)現(xiàn)于藍(lán)冰區(qū))和冰磧型(發(fā)現(xiàn)于冰磧)。藍(lán)冰型隕石樣品一般比較新鮮,大多有黑色熔殼,少部分僅表面有少量褐色斑點(diǎn)。而冰磧型隕石大部分樣品表面呈深褐色,大部分熔殼脫落,表明經(jīng)歷了較強(qiáng)的地球風(fēng)化作用。但根據(jù)部分隕石風(fēng)化程度統(tǒng)計(jì),樣品風(fēng)化程度以W1和W2為主(圖5)?？傮w上,格羅夫山隕石的樣品較新鮮,但冰磧中發(fā)現(xiàn)的隕石暴露出藍(lán)冰表面的時(shí)間可能比較長(zhǎng)。(4)成對(duì)隕石:由于南極隕石發(fā)現(xiàn)數(shù)量大,且發(fā)現(xiàn)位置非常集中,因此,南極隕石中成對(duì)隕石的概率是非常高的。為了真正了解隕石進(jìn)入地球的通量和小行星帶的物質(zhì)類(lèi)型分布,成對(duì)隕石的判別在南極隕石研究中是非常重要的內(nèi)容。目前,我們開(kāi)展了部分隕石的巖石礦物學(xué)特征對(duì)比研究,在132塊隕石中共發(fā)現(xiàn)26對(duì)可能的成對(duì)隕石3.3格爾山系邊緣的隕石南極隕石富集的主要?jiǎng)恿κ潜w的流動(dòng),當(dāng)冰蓋從中心向四周流動(dòng)遇到南極大陸邊緣山系的阻擋,冰流在阻擋山系前的流動(dòng)大幅度地減緩或者停滯,此時(shí),冰川在下降風(fēng)的作用下強(qiáng)烈消融,而冰川中在歷史過(guò)程中積累起來(lái)的隕石逐漸出露并富集,這是典型的南極隕石富集“山前模式”4格羅夫山地區(qū)發(fā)生的隕石十多年來(lái),國(guó)際上不但在南極隕石方面取得了豐碩成果,如1萬(wàn)多塊隕石樣品(表1)、6塊火星隕石(1)我們雖然有1萬(wàn)多塊南極隕石數(shù)量,但是與美國(guó)和日本的南極隕石相比,在質(zhì)量上的差距非常明顯,如我們至今未發(fā)現(xiàn)月球隕石樣