【讨论】【公告】陨石研究成果及其对地球演化的研究意义。

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  前言：
    地球，它的起源和形成方式，它在宇宙天体中的地位以及它先后为生物和人类的生存所提供的条件等等，都是整个人类过去和现在提出的问题。地球的起源问题，当然是一门学科，但它又远远地超出了这一点，至少在其反映的广度和深度上如此。宇宙的产生或者称宇宙起源问题，如果以哲学宇宙而论，宇宙是永恒的，时间没有开始，没有结束，空间无边无际也没有中心，也无所谓产生或起源。以自然科学宇宙而言，宇宙是有开始有结束，时空是有限的，空间上是有边界的，目前，宇宙用200亿光年的范围就是自然科学宇宙尺度规模。宇宙时间即有开始、空间即有边界，必然关系到宇宙的起源和产生。陨石研究成果及其对地球演化的研究重要意义，　陨石包含着大量丰富的太阳系天体形成演化的信息，对它们的实验分析将有助于探求太阳系演化的奥秘。陨石是由地球上已知的化学元素组成的，在一些陨石中找到了水和多种有机物。这成为“地球上的生命是陨石将生命的种子传播到地球的”这一生命起源假说的一个依据。通过对陨石中各种元素的同位素含量测定，可以推算出陨石的年龄，从而推算太阳系开始形成的时期。陨石可能是小行星、行星、大的卫星或彗星***后产生的碎块，它能携带来这些天体的原始信息。著名的陨石有中国吉林陨石，中国新疆大陨铁，美国巴林杰陨石，澳大利亚默其逊碳质陨石等。

  据古罗马作家普林尼的书中记载，人类从古时代起见过一些奇异的石块从天上堕落地面的现象。这些石块穿过大气层时，闪耀者强烈的光芒，最后堕落到地面粉碎成无数的碎块，以陨石坑的形成在地面留下了它们的撞击痕迹。这些石块，大的可重达好几吨，小的却只有几公斤。这些从天上堕落的地面上的石块被称为“陨石”。
  人们可以想象得到，陨石的发现定会给人类带来震惊，同时又引起科学家的好奇心。当一道灿烂的亮光划过漆黑的夜空，迅然而逝，你一定会喜出望外地喊道：“看，流星！”或许，你的头脑中还会生出许多感想，那在天际上划出一美丽弧线的流星，是喻示一个心愿的实现，还是代表一个生命的终结？
  陨石是从外界空间降落到地球上来的固态物质。其大小可从显微颗粒到几千千克重的块体。每年降落到地球上的陨石，据估计大约有 500 多块，但
能看到其降落而被发现的仅约1％。陨石可能起源于彗星，也可能来自位于火星和木星之间的小行星带。因为陨石是来自地球以外的太阳系中其他天体的样品，又能对其进行仔细的高精度分析。因此，到目前为止，陨石的化学分析资料是估定太阳系元素丰度、探索太阳系起源及元素地球化学行为、推断地球及其他行星内部化学组成的最有价值的资料，陨石的研究对地球化学和宇宙化学有着重要的理论意义。　。
1.陨石类型及化学成分分析：
  陨石的种类是多种多样的。有的几乎全由金属组成，有的则几乎全由硅酸盐组成。如何对陨石进行分类，还存在许多争论。比较简便的分类方法， 是以陨石中金属含量为依据，将陨石分为三大类：  
  铁陨石主要由二种矿物组成，即铁纹石和镍纹石，这类陨石平均含金属98％。主要为镍铁合金，镍含量在4％—30%之间。除金属矿物外，一般还有副矿物，如陨硫铁（Fes）、磷铁镍钴矿及石墨等。这些付矿物呈小圆块散布在金属中。根据矿物晶体结构和Ni/Fe 比值，铁陨石一般又可划分成六面体式陨铁、八面体式陨铁和富镍中陨铁陨石三个亚类。也可根据微量元素参数法划分成13 个化学群、包括11 个岩浆型和2 个非岩浆型两大类。Wasson（1974）对铁陨石按Ni，Ga，Ge，Ir 含量进行分类，能比较灵敏地反映各类铁陨石的形成条件。
  铁—石陨石（siderolite）由大致等体积的硅酸盐相和铁镍相组成。根据两相比例可划分出橄榄陨铁、中陨铁、古英铁镍陨石和古铜橄榄陨铁四个亚类。铁—石陨石无论从结构构造、矿物组成、化学成分和演化历史来观察， 都是兼有铁陨石和石陨石的特性，因而对探讨陨石成因具有特殊意义。铁— 石陨石比较少见。
石陨石（Aerolite）主要由硅酸盐矿物组成。根据是否含球粒可分为球粒陨石和无球粒陨石两个亚类。球粒陨石（Chondrite）是各类陨石中最常见的陨石类型。其最大特点是含有球体，具有球粒构造。球粒一般由橄榄石和斜方辉石组成，而球粒间的基质常由镍铁、陨硫铁、斜长石、橄榄石、辉石等组成。按照球粒陨石的化学和矿物组成球粒陨石可分成E 群（顽火辉石球粒陨石）、O 群（普通球粒陨石）和C 群（碳质球粒陨石）等三大群。其中普通球粒陨石又可划分为H 型（高铁的橄榄石、古铜辉石球粒陨石）、L 型（低铁的橄榄石、紫苏辉石球粒陨石）、LL 型（低铁、低金属的橄榄石、紫苏辉石球粒陨石）等三个亚群。碳质球粒陨石按化学成分可分为CI，CⅡ和CⅢ三个类型。主要特征是含有机碳化合物分子，并且主要由含水硅酸盐组成。无球粒陨石无球粒结构，其成分多与火成岩相似。无球粒陨石根据CaO 含量可分为贫钙型（CaO≤3％）、富钙型（CaO≥5%）两类。无球粒陨石的硅酸盐相达98％以上，特别是富钙无球粒陨石几乎不含金属相。硫化物相含量一般为1％。
  无球粒陨石、铁陨石和铁石陨石均称为分异型陨石。即它们经历过岩浆侵入或喷出、或部分熔融产生结晶分异、或岩浆残留物凝结等过程。
  玻璃陨石（tektite）是一种黑色块状天然玻璃。是一种经过熔融很快冷却，凝结的天然物质，曾被认为是一类陨石。其SiO2 含量很高，类似黑曜岩。但其他成分和结构与黑曜岩相差很大。人们至今未见到一个陨落的玻璃陨石。现在积累的许多资料促使人们倾向于把玻璃陨石看成是由于彗星或大型陨石冲击地球时引起物质熔化的产物。玻璃陨石的研究将提供地球历史上天体物质冲击地面所产生的各种效应，从而推演其他天体表面冲击的演化过程的启示。
2.陨石的矿物组合分析：
  陨石的化学组成是对单个陨石直接测定结果的总结。由于陨石具有各种不同的类型，陨石的个体不大，数量有限，因而其化学组成变化较大，随着陨石样品和分析资料的不断补充、积累，各种陨石的平均化学组成将会不断地更新。关于玻璃陨石的来源和成因，现在还没有定论。陨石中的矿物分由陨石中特有矿物及与地球共有矿物两部分组成，还有一种是陨石中不可出现（现阶段成果无记载）的地球矿物，如在水中沉淀结晶的碳酸盐矿物（方解石、白云石、菱铁矿）、盐类矿物盐、光卤石、钾盐、热液条件下形成的某些热液矿物（高岭石、叶蜡石、地开石）、氢氧化物（硬铝石、三水铝石）。 陨石中有的矿物组合与地球岩石某些组合相同之处，如镁铁质岩?超镁铁质岩石、玄武质岩石，矿物成分上同属于橄榄石、辉石、斜长石组合，但有的属陨石，有的不属陨石（其它条件制约）。
  陨石坠落地球后处于风化作用条件下，矿物还会产生次生变化及水化，形成褐铁矿、绿泥石、蛇纹石。
  某样品中含有大量金属铁，其中存在一定量的黄长石，或镁橄榄石，或硅钙石这类组合，属于58年大炼钢铁时土高炉的铁渣，易同石铁陨石混淆。
  3.陨石化学组成的意义。
  陨石的三种基本类型的明显存在，曾使得人们推测陨石来自某个行星（陨石母体）。这个母体已经分异为硅酸盐外壳和富含金属的内核。当这样一个行星破碎后，就产生不同类型的陨石。譬如铁陨石来自母体内核，铁石陨石来自内核和外壳的交界处，各种不同的石陨石则来自富硅酸盐外壳的不同地区。这就是所谓的陨石单一母体假说。这种假说在本世纪上半叶很流行。
  但是，越来越多的陨石化学和同位素资料与这种假说不符。陨石的放射性同位素和稳定同位素研究可以提供陨石事件的许多时间信息，如陨石母体破坏年龄（宇宙线暴露年龄），陨石冷却年龄（气体保存年龄），元素形成年龄（核合成年龄），陨石形成年龄及陨石降落年龄等。测定表明，各主要类型陨石之间存在年龄差异，同一基本类型陨石中各组陨石之间，也存在年龄差异。三种基本类型陨石中化学组份的不连续性，不同陨石中的次要元素和某些微量元素成分上的明显差异，以及氧同位素组成上的差别等等。这些资料都支持陨石成因的多母体假说。现在比较倾向的意见则是位于火星和木星之间的小行星带的各种类型小行星，是提供陨石母体的最可能来源。而且那里的某些小行星的轨道与地球轨道斜交，所以，很有可能进入地球的引力场作为陨石而被捕获。
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  如果把氢和氦这两种在太阳最多元素除外，那么太阳和陨石进行的分析结果非常相似。
    实际上，如果将地球上随意采取的岩石——石灰岩，页岩，花岗岩或玄武岩的分析结果与太阳上物质的分析进行比较，就能发现它们之间的毫无相似之外。
  因此陨石是作为一种特殊的岩石物体出现的。从年龄上看，它们是非常原始的，因为它们和地球一样老；从化学组成上看，它们也是非常原始的，因为它们的化学组成与太阳的组成很相似，是太阳的质量占了整个太阳系质量的99%，所以太阳的成分无疑十分接近于构成“原始星云”的物质成分。
  年龄约为46亿岁的陨石被认为是太阳系最古老的岩石。最初的地球也是相当一种石陨石的星云物质通过冷凝聚集的方式吸积在一起形成的。这样的一个原始地球变成由地核，地鳗，地壳，水圈，大气圈，层层包绕的分圈层的地球，是怎样一个过程呢？这样一个基本的问题，由于地球已经经历了四十多亿年的沧桑变化，有些岩石记录已经被抹掉，有些变得模糊，现在只能给予假说性解释。确凿可靠，普遍被接受的理论，还有待于进一步的研究。
    在吸积作用的时期，地球是个冷的球体。地球分异出地核，地幔和地壳，经历了熔融的过程，这种熔融并不是使地球成为一个火球体，而是从局部开始，先后分期进行的。那么冷的地球是怎样开始熔融呢？有一种看法来解释这个问题。我们把它叫做陨石冲击说。　陨石体高速撞击地面或其他天体表面时产生冲击和爆炸,使岩石熔融和气化,并抛射出基岩物质而形成的凹坑。也称陨石冲击坑。在一些行星和卫星，如月球、水星、火星及其卫星表面上的大陨石坑，又称环形山。由于大的地外物体穿过大气层时减速不大，因而其撞击效应是很强的。例如,一个直径7米、重约1000吨的物体以10～20公里／秒的速度穿过大气层而撞击地球表面，所产生的能量相当于2万吨TNT炸药的爆炸能量，这与世界上第一颗原*子DAN的能量差不多，所形成的冲击坑直径大于 200米。撞击的动能(K)决定于陨石的质量(M)和冲击速度(v)，即：
  爆炸试验表明，陨石坑的直径D与冲击体爆炸的能量W之间有如下的关系式： D=49W0.294。

    陨石地球撞击（图）                  陨石坑（图）
  在图上可以看到，一颗巨大的陨石撞击在地球上，地面上冲击出一个直径200-300公里的冲击坑，地表一些物质溅到空中去，又落下来，地下被冲出许多断裂，当冲击能转变成热能后，地下发生部分熔融，生成的岩浆侵入到坑底部，坑的上部被冲击生成的角砾和沉积物充填。后来，由于重力均衡作用和热膨胀作用，坑发生隆起，成为山丘，岩浆就沿着张开的断裂喷出地表，形成火山，这些假说是参考了月球上不月满的大大小小的环行冲击坑和地球上一些保存在远古代，古生代，中生代地层中的冲击坑提出来的
  无论巨陨石也好，还是小行星也好，一旦坠落大地，归纳起来至少必将产生以下六大宏观地质现象的发生：
　 一是在地表上要形成一个巨大的撞击坑，也即产生断陷、拗陷盆地。
　　二是于撞击坑周围要形成环形山、类环形山，以及同心的环形或弧形褶皱山。
  三是这类山脉中必然有明显的、规模宏大的断裂痕迹、粉碎性块状岩石（陨石）痕迹。同时这类山脉中的地表上必然还有与撞击坑表面遗留的类似的地表物质——土壤。而且距撞击坑越近，其类似的土壤则越多，距撞击坑越远，类似的土壤则越少。当然，这种类似的土壤是以撞击坑为同心圆（正撞）或同心弧（斜撞）方式分布。
  四是撞击坑下面必然还有巨陨石或者是小行星的残余物体，其下方则是撞击前原来的地表上的古植物层和古地表层。
　　五是周围山脉的地表中也同样地拥有撞击尘土覆盖下的古植物层和古地表层。
  六是当巨陨石或小行星的撞击能量将地壳砸裂之际，撞击坑或周围必然会有火山爆发或者是火成岩山脉的诞生。
  可见，无论这类撞击发生了多么久远，只要一旦发生过，无论后来的地质又怎样变化，因此，当今仍有可能在陆地或海洋中找到具上述撞击型地质特征的地域。
  4.运用陨石学与天体化学的研究思路和成果，探讨地球整体的成分、结构、过程和演化。
  （1）地球的平均成分模式，大多是根据陨石学和空间化学的研究成果提出的。李肇辉介绍了Mc Donough and Sun（1995）的模式，提出地球不是由单一陨石群物质构成，地球的元素丰度模式是原地球的行星吸积带星云成分和吸积环境的综合反映。
  （2）刘建忠等在“华北克拉通地球化学不均一性及其起源”报告中，通过华北克拉通古老岩石的微量元素和钕、氧同位素系统测定，论证了华北克拉通南北至少是由两个成分有差异的星子所构成，并制约了后期的演化。
  （3）李大红等对超高速碰撞及其在行星科学和地球科学中的应用作了系统的探讨，提出超高速碰撞实验对地球深部过程、陨击成坑、高压相变和空间垃圾研究有广阔的前景。
  总的看来，我国陨石学与空间化学研究课题仍然比较分散；研究队伍比较薄弱，亟需培养和充实年青力量；研究成果与国际水平相比，整体上差距较大。我国发现的陨石总共为89块（次陨落），其中石陨石56块，铁陨石31块，石—铁陨石2块。石陨石全部为球粒陨石。我国所收藏的陨石中，只有少数陨石具有较高的研究价值，它们包括：清镇顽火辉石球粒陨石、宁强碳质球粒陨石、亳县球粒陨石、东乌珠穆沁中铁陨石、岩庄陨石和寺巷口陨石等；我国在南极首次寻找到的4块陨石均属普通球粒陨石和铁陨石，研究的价值不大。
  我国至今还没有找到有科学依据的陨石撞击坑，已有撞击坑的报道及有关陨冰和古陨石的报道，需要通过严格的科学论证，使我国陨石学与空间化学的研究得以健康发展。今天，我们已经认识到陨石是“宇宙的使者”。更确切地说，是太阳系起源的历史见证人。它们跨越时间和空间，为我们带来了有关地球的历史上几乎没有任何记载的重要信息。从某种意义上来讲，陨石是太阳系起源的见证人。也是我们地球起源的确见证人

主要参考文献：陨石  地球  太阳系  [法} 阿赖格尔  科学出版社
          石头学问                    科学出版社
        地球化学  韩呤文  马振东        地质出版社
        化学天地网