我国南极陨石研究的新进展

近年来,因在南极发现了大量的陨石样品,我国天体化学和陨石学研究得到了快速发展,并取得了一系列可喜的成果,如:①在南极已收集了近万块南极陨石样品,使我国已成为南极陨石拥有大国;②大量的陨石发现和研究成果表明格罗夫山地区为我国发现的新的陨石富集区,填补了我国在南极陨石领域的空白;③发现了许多我国奇缺的陨石类型,如火星陨石、CR型碳质球粒陨石等;④开展了较深入的CAI研究等。这些都将为我国天体化学和比较行星学的发展展示广阔的前景。提出了一些南极陨石研究工作中存在的问题和今后的工作方向。

南极陨石与沙漠陨石的对比研究

南极冰盖和热带干旱－半干旱沙漠地区均有利于陨石样品的保存。到目前为止，已在南极约２５００ｋｍ２的蓝色冰区内回收了约１５０００块陨石。在非洲撒哈拉沙漠、西澳大利亚及美国新墨西哥州沙漠地区回收了约２０００块陨石。但由于两者的气候条件和保存陨石的环境不同，它们之间存在明显差异，南极陨石居地年龄大，风化程度低，地球污染小；沙漠陨石居地年龄小，风化程度高，地球污染大。南极和沙漠陨石的主要陨石类型的频率与已知降落的陨石相似，未观察到陨石类型通量随时间的明显变化，但在南极陨石中稀少和独特陨石类型的丰度较高，按其陨石来源将其划分为小行星陨石和行星陨石。新的和独特陨石类型的研究以及月球和火星陨石的研究有利于探索和了解早期太阳星云的连续化学分馏作用及月壳和火星表面的平均化学组成及其横向变化。

我国南极陨石收集进展(2000-2010)

自上世纪中叶以来,南极陨石收集就成为国际上南极考察项目中的一个重要亮点。在世纪之交之际,我国南极考察队开始了南极陨石收集,在短短的十年时间,在南极陨石收集方面取得了丰硕成果。我国不但收集了一万多块陨石样品,成为拥有南极陨石最多的国家之一,而且新发现了一个陨石富集区——格罗夫山。

中国南极陨石研究新进展

本文对我国南极陨石的收集、分类和研究工作进行了回顾和阶段性的总结。4次格罗夫山考察共发现陨石样品9834块,其中已完成和计划2008年完成分类的陨石共2431块。在正式公布的684块已分类陨石中,鉴定出2块火星陨石、2块灶神星陨石、6块橄辉无球粒陨石、5块中铁陨石、1块橄榄陨铁、1块铁陨石以及10块碳质球粒陨石等特殊样品,并对其中的部分样品开展了深入的研究。建议拓展南极陨石的收集,持续开展陨石的分类工作,并提出我国南极陨石研究的重点方向。

南极陨石研究的启示Ⅶ:南极新的和独特的陨石类型

近年来在南极及澳大利亚、非洲和北美的沙漠地区发现和回收了大量的陨石，改变了以前的球粒陨石分类。球粒陨石群由９个增加到１３个（ＥＨ、ＥＬ、Ｈ、Ｌ、ＬＬ、Ｒ、ＣＩ、ＣＲ、ＣＨ、ＣＭ、ＣＯ、ＣＶ及ＣＫ），并提出了３个碳质球粒陨石小群。ＣＫ、ＣＲ、ＣＨ和Ｒ为１３个球粒陨石群中新的化学群。不同的球粒陨石群，其岩石学、矿物学、化学及氧同位素组成均有明显的差异。根据其结构、矿物、化学及氧同位素组成特征，将１３个球粒陨石群划分为碳质球粒陨石系（由ＣＩ－ＣＲ－ＣＨ、ＣＭ－ＣＯ及ＣＶ－ＣＫ族组成）和顽辉石－普通球粒陨石系（由ＥＨ－ＥＬ、Ｈ－Ｌ－ＬＬ及Ｒ族组成）。碳质球粒陨石系是在相对远离太阳的区域形成，它以高的氧化态为特征。

南极陨石研究的启示Ⅴ:南极铁陨石的化学组成及其分类

报道了５２个南极铁陨石的１３个元素的浓度，并根据其构造和Ｇａ，Ｇｅ，Ｎｉ，Ｉｒ及其它微量元素的含量进行了分类，５２个铁陨石由１６个ＩＡＢ，１２个ＩＡＢ，１个ＩＥ，３个ＩＩＡＢ，１个ＩＩＣＤ，１个ＩＶＡ及１８个未分群的化学群组成。ＩＡＢ，ＩＩＣＤ及ＩＥ为非岩浆成因的铁陨石群，它们是由球粒陨石质母体近表面区冲击产生单独的熔体池形成的，ＩＡＢ，ＩＩＡＢ及ＩＶＡ显示金属岩浆分离结晶作用的特征，为岩浆成因的铁陨石。岩浆群铁陨石元素－Ｎｉ的斜率一般比非岩浆群高。有意思的是在南极回收的５２个铁陨石中，相对于非南极铁陨石ＩＡＢ和未分群的铁陨石丰度较高（分别为２７．８％和４７．２％），而ＩＩＡＢ群的丰度较低（５．８％），它们含有以前未采到样品的母体形成区域、质量、冲击碰撞频率的信息。

某些南极陨石的天体化学特征

用中子活化分析测定了７个南极球粒陨石的主量和微量元素含量，讨论了这些陨石的元素丰度分布特征、南极陨石和非南极陨石的元素丰度差异，并划分了这７个南极陨石的化学群：Ｙ７９１７１７（Ｃ３），Ｙ７４１９３（Ｈ５），ＡＬＨ７６００６（Ｈ６），ＡＬＨ７７２１４（Ｌ３），Ｙ７５２７１（Ｌ５），ＡＬＨ７６００１（Ｌ６），ＡＨ７６００９（Ｌ６）

南极陨石GRV090228的岩石矿物学及冲击变质特征

GRV090228陨石是一块经历了强烈冲击变质作用的普通球粒陨石。该陨石主体中,球粒结构不清晰,多为残余球粒,基质重结晶颗粒粒径达50μm,橄榄石和辉石的成分均一,根据特征将该陨石的岩石类型划分为5型。陨石主体中橄榄石的Fa值(摩尔分数,下同)为23.1%~25.0%、辉石的Fs值为19.5%~21.2%,其化学群属于低铁的L群。陨石主体中,硅酸盐矿物具破裂、波状消光、击变面状页理,长石熔长石化;冲击熔脉中,铁镍金属与陨硫铁共熔,含橄榄石-林伍德石集合体、镁铁榴石等高压矿物组合,说明GRV090228陨石经历了强烈的冲击变质,强度达到S5。通过对高压矿物组合的研究,推测GRV090228陨石形成冲击熔融脉时,高压矿物结晶压力在18~23 GPa,冲击温度在1 800~2 500℃。

南极陨石GRV 022115冲击熔融脉矿物学研究

文章主要通过电子探针、扫描电镜、激光拉曼光谱、透射电镜等微区微分析技术研究GRV 022115球粒陨石的基础矿物学特征和冲击变质矿物学特征,探讨陨石冲击熔融脉的形成机制和界定其母体的冲击条件。陨石主岩主要由橄榄石、辉石、熔长石、铁镍金属和硫化物等矿物组成。根据主岩的硅酸盐矿物学特征,确定GRV 022115是风化程度较低(W1)的L6型普通球粒陨石,与前期分类结果一致。根据熔融脉内含有大量林伍德石的现象,修正GRV 022115陨石的冲击级别为S6,比原定的S5高一个级别。GRV 022115球粒陨石中有多条冲击熔融脉,熔融脉由基质和主岩碎块包裹体两类岩相组组成。熔融脉基质的主要组成是微米级粒状镁铁榴石与纳米级的含铁方镁石,是在平衡冲击压力下结晶的产物。冲击熔融脉主岩碎块包裹体中的橄榄石、低钙辉石、长石碎块已部分或全部转为相对应的高压相。橄榄石相变为林伍德石;个别低钙辉石相变为钙钛矿结构布里奇曼石微晶的集合体;长石主要相变为熔长石与玲根石。几乎所有的主岩碎块都有高温熔融的圆滑边界。熔融脉内外同类矿物的主量和微量元素具有一定的差异性,该差异性可以反映高温高压下混溶作用和扩散作用的影响。结合陨石冲击熔融脉形成机制和结晶模型,根据熔脉基质中镁铁榴石+方镁石矿物组合及静态高温高压实验相图,界定该陨石经受的冲击压力为23~27 GPa。

中国科学家南极陨石内发现太阳系外物质

利用先进的纳米离子探针等科学仪器，中国科学家近来在一块南极陨石中发现了丰富的太阳系外物质。

寻觅南极陨石

据科学家估算,每昼夜约数百吨乃至上千吨陨石坠落在地球上,其中的大部分掉到海洋,杳无踪影。掉到陆地上的陨石大部分坠入沙漠、森林和高山峻岭等人迹罕至地区,踪迹难寻。只有很少一部分陨石坠落在人口较为密集的地区,因此,人们只能搜集到为数不多的陨石。随着人类对南极地区科学考察的日益深入,科学家们惊奇地发现,南极洲堪称庞大的陨石宝库。自澳大利亚南极探险队于1912年发现第一块南极陨石到1968年,美国、澳大利亚等国在南极洲总共只找到6块陨石。1969年。

南极陨石:天外生命信息的物证

人们一直在探索,浩瀚的宇宙中,是否有智慧生命的知音?人们曾经利用南半球的低噪声来用心倾听太空深处传来的信息,但毫无音信……宇宙飞船的发射成功,唤起了人们追寻天外生命之梦。人类把哈勃望远镜送入太空,使自己的视野伸展到了100多亿光年以外的地方。宇宙飞船登陆月球、火星、木星,进入金星轨道。探险者10号、11号及旅行者1号、2号带着人类文明的信息飞出太阳系。

南极格罗夫山陨石的磁化率

我国在南极格罗夫山发现并收集到大量南极陨石,需要一种无损、快速简单的分类方法。陨石磁化率(χ)的主要贡献是其中的铁镍金属,因而有可能成为一种简便有效的分类参数。同时,磁化率是陨石的一个重要物理参数。我们在国内首次开展陨石磁化率的研究,通过对模拟陨石磁化率样品的测量,证明可以通过不同取向的测量平均,将样品的大小和形状等几何因素的影响减小在仪器的测量精度范围之内。完成了首批613块南格格罗夫山陨石的磁化率测量,除普通球粒陨石外,还包括火星陨石、灶神星陨石、碳质球粒陨石、中铁陨石、橄榄陨铁、橄辉无球粒陨石等特殊类型。根据质量磁化率,可以划分大部分H、L、LL群陨石。特别重要的是,磁化率对于划分非平衡的普通球粒陨石化学群提供了更为可靠的参数。格罗夫山H群陨石的磁化率分布与南极其他地区的陨石十分相似,二者相对降落型陨石均向低质量磁化率方向平移0.2(10gχ,10^(-9)m^3/kg),反映了风化作用对南极陨石磁化率的平均影响程度;格罗夫山L群陨石的质量磁化率分布同样较降落型陨石偏低0.2左右,但南极其他地区的陨石与沙漠陨石的磁化率分布相似,二者均更为离散和偏低,可能反映了不同的风化程度。

100块南极格罗夫山陨石的化学-岩石类型

本文报道100块南极格罗夫山陨石的岩矿特征,以及它们的化学群和岩石类型。分类结果共发现4块特殊类型陨石,包括1块CM2型碳质球粒陨石(GRV050179),1块钙长辉长无球粒陨石(GRV051523),1块橄辉无球粒陨石(GRV 052382)和1块中铁陨石(GRV 050212)。GRV050179大部分球粒直径小于300μm,基质/球粒体积百分比为6∶1,且具有强烈的水蚀变特征,形成大量层状硅酸盐和PCP(Poor Characterized Phases)集合体。GRV 052382的橄榄石具有还原边,内部重结晶。橄榄石和辉石之间的富碳填隙物含有金刚石。GRV 050212的金属含量为12.3 vol%,其中的低钙辉石FeO/MnO质量百分比为30.0,而GRV 051523中辉石的FeO/MnO质量百分比为28.7—30.9,两者均与HED(Howardites-Eucrites-Diogenites)族陨石一致。普通球粒陨石有93块,其中5块属于非平衡型普通球粒陨石。依据橄榄石Fa的相对标准偏差(PMD)可以进一步划分这些非平衡型普通球粒陨石的亚型[1],其结果为:GRV 050165和GRV053167为3.5型,GRV050189、GRV050200和GRV050404为3.4型。88块平衡型普通球粒陨石包括低铁群(L)54块,高铁群(H)34块,与南极横贯山脉的陨石相比,L群所占比例明显偏高,且缺失LL群。另有3块小样品主要由金属和少量硅酸盐组成,其铁纹石的钴含量和橄榄石的Fa值分别落在H和L群范围。虽然这3块样品的金属含量类似铁陨石,但实际上很可能是普通球粒陨石中脱落的较大的金属团块。93块普通球粒陨石中有22块样品很新鲜(W1),金属和硫化物几乎很少遭受氧化,61块样品的金属和硫化物遭受明显氧化(W2),仅10块样品的金属和硫化物被强烈氧化(W3)。

100块南极格罗夫山陨石的分类及其成对陨石的初步判别

通过岩石矿物学特征的观察和矿物成分的电子探针分析,对采自南极格罗夫山的100块陨石进行了分类研究,确定了它们的化学群、岩石类型、冲击变质程度和风化程度,其中8块陨石划分为H4型,15块为H5型,3块为H6型,1块为L3型,2块为L4型,16块为L5型,47块为L6型,5块为LL3型,1块为LL4型,2块为LL5型。经过岩石矿物学特征和矿物成分的对比分析,初步判定成对陨石21组。

南极格罗夫山普通球粒陨石的矿物岩石学特征

本文研究了第19次中国南极科学考察队收集的97块普通球粒陨石样品的矿物岩石学特征,在此基础上划分了陨石的岩石学类型、化学群、冲击变质和风化类型。共发现5块非平衡型普通球粒陨石:GRV 020011(L3),GRV 020035(H3),GRV 020054(H3),GRV 020137(L3)和GRV020169(L3)。化学群分类的结果是H群陨石24块,L群70块,LL群3块。多数样品的冲击变质程度较低,但也有少量样品具有S5型的冲击变质特征。样品的风化程度普遍较低,仅GRV020055(H5),GRV022123(L5)和GRV022462(LL6)3块陨石达到了W3型。

100块南极格罗夫山陨石的类型划分及其岩石学特征

根据岩石矿物学研究,包括岩石结构、橄榄石的Fa值和低钙辉石的Fs值以及金属模式含量等,100块格罗夫山陨石分别被划分为:4块H3型、11块H4型(其中一块为H4-an)、10块H5型、3块H6型、2块L3型、6块L4型、31块L5型、32块L6型和1块LL4型。格罗夫山普通球粒陨石在类型分布上,其比例和南极以及非南极普通球粒陨石有显著不同,说明可能存在相当数量的成对陨石。分类陨石样品比较新鲜,其中98块陨石的风化程度为W1,仅有2块陨石风化程度分别为W2和W3。另外,这些陨石中冲击程度较高的样品占有一定比例,它们是研究冲击作用的理想样品。

东南极格罗夫山陨石(GRV 052382):一块强烈冲击变质的橄辉无球粒陨石

GRV052382陨石是在南极格罗夫山地区发现的强烈冲击变质的橄辉无球粒陨石。它主要由橄榄石(75%)、易变辉石(5%)、富碳填隙物(20%)和少量金属组成。橄榄石呈半自形等粒细晶结构,颗粒大小约10~20μm,细晶颗粒间有少量辉石质的熔融填隙物。根据富碳填隙物分布和颗粒间的裂隙,可以区分出原粗粒橄榄石结构的轮廓,原颗粒大小约0.5~1.5mm。这些原粗粒橄榄石具有还原边结构,即边缘的橄榄石细晶富MgO,而核部橄榄石细晶富FeO。因强烈的还原作用,这些原粗粒橄榄石的核部成分变化大(Fa12.2-21.8),因此,原橄榄石核部成分Fa应为21.8%或略高。易变辉石呈浑圆粒状,大小约0.4~0.9mm,在颗粒之间其成分基本相当(En76.4-82.6Wo4.6-9.8Fs10.9-13.8),但在颗粒内部因冲击作用,产生波浪状韵律成分变化。富碳质填隙物充填在原粗粒橄榄石颗粒之间,主要由碳质和富MgO的硅酸盐组成。碳质多型主要为石墨,呈不规则蠕虫状或网脉状,大小约0.2~0.4mm,其中包含有少量金刚石颗粒(约1~3μm)。因此,这些特征表明GRV052382具有橄辉无球粒陨石结构,为单矿岩质橄辉无球粒陨石。根据橄榄石成分,GRV 052382陨石被进一步划分为富FeO亚型(I型)。此外,强烈冲击变质特征,即:(1)橄榄石冲击细晶结构;(2)橄榄石细晶颗粒具有圆化特征,其间存在熔融填隙物;(3)易变辉石晶体具有波浪状韵律成分变化;(4)易变辉石中存在大量不规则气孔;(5)金属Fe沿裂隙或气孔充填;(6)石墨发生金刚石相变等,表明GRV052382陨石的冲击变质程度为S6。因此,GRV052382陨石可能是经受最强烈冲击变质的橄辉无球粒陨石,这不仅为橄辉无球粒陨石的冲击历史提供直接证据,而且有可能获得其母体早期经历的冲击作用信息。

南极GRV021788橄辉无球粒陨石的岩石学和矿物学特征

橄辉无球粒陨石是一类特殊的无球粒陨石,既具有高度分异的火成特征,又具有原始球粒陨石的特征。南极格罗夫山GRV021788陨石由橄榄石、辉石以及少量的富碳基质、不透明矿物组成,具有橄辉无球粒陨石典型的岩相学和矿物学特征,包括橄榄石晶体三线共点的接触和富镁还原边等。GRV021788的主要矿物的化学成分为:橄榄石Fa23.2～Fa1.5,易变辉石Fs21.2Wo10.6～Fs18.7Wo10.7。橄榄石颗粒有明显的反环带结构,而易变辉石的反环带则不明显。黑色填隙基质富碳,含金刚石和石墨。岩石学和矿物化学特征表明GRV021788是一橄辉无球粒陨石,属单矿(monomict)Ⅰ类(Fa23.2～Fs20.4)橄辉无球粒陨石。陨石的形成机制与多阶段部分熔融-堆积模式较为一致。

南极三块(L3)陨石球粒结构类型及其矿物学物征

我国第16次南极考察队回收到6块稀少种类陨石-L3型,GRV99001,GRV99019,GRV99020,GRV99021, GRV99022,GRV99026。本文对其中3块陨石进行研究,研究它们的球粒结构和矿物化学成分．它们虽然都属于非平衡普通球粒陨石(L3),但它们的亚类不同,GRV 99001为L3．4,GRV99026为L3．5,GRV99019为L3．6．它们的球粒结构和球粒内的矿物晶体完整性和矿物组合变化比较大,橄榄石和辉石以高镁为特征．这三块陨石的球粒结构种类比较多,有班状的、炉条状的、扇形的和隐晶质的等．在GRV99001陨石中班状结构的球粒内能见到一个或两个以上完整的单晶橄榄石构成的球粒,也能见到多个细小的或是破碎橄榄石,被包裹在辉石晶体内．而在GRV99019和GRV99026陨石中只能见到多个细小单晶体或是破碎的橄榄石晶体．GRV99001陨石的炉条状结构,好象是由一条带状长石矿物,穿插在单个橄榄石晶体中构成．扇形和伞形结构的球粒,以一个点为中心,向外放射呈扇形．如GRV99019陨石中扇形结构球粒,它们是以辉石为主,陨硫铁充填在低钙辉石缝隙中,形成扇形．另一种是以多个点为中心,如GRV99001陨石,它们是由橄榄石、低钙辉石和长石质的玻璃,构成多个小伞形,形状类似三维立体的球,裂缝中也充填有金属矿物．隐晶质的球粒在GRV99026陨石中有两种,一种是在一厘米等于 100un时呈现隐晶质矿物,而放大到一厘米等于5un时,就可以清楚看到两种低钙辉石矿物,在低钙辉石中还有金属矿物．另一种隐晶质结构球粒由极细小破碎的橄榄石和辉石矿物构成．这三块陨石中的橄榄石和辉石都以高镁为特征．班状结构球粒,在GRV99001陨石中橄榄石的MgO-33．37-51．21,辉石为35．9-36．61;GRV99019陨石中橄榄石23．33-56．58,辉石 21．38-33．07;GRV99026陨石中橄榄石45．91-52．63,辉石34．48-37．35．扇形结构球粒,在GRV99001陨石中橄榄石29．94 -46．22,辉石28．17-30．36;GRV99019陨石中橄榄石29．17-34．38,辉石23．11-27．79．炉条状结构的球粒,在GRV99001 陨石中橄榄石51．84-56．03．隐晶质结构球粒,在GRV99026陨石中辉石20．17-21．54,橄榄石30．84-32．66．由此看出矿物晶体完整性越好镁的含量越高．