书城童书青少年应该知道的陨石
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第3章 姿态万千——陨石的分类

现在采集到的陨石,由于其母体来源不同,因此陨石的组成成分、结构、特征有很大区别,所以人们需要对陨石进行细微的分类,以研究其特性和对天文研究的价值。

在世界各地博物馆收藏的陨石中,特别是陨石坠落地面时直接收集到的陨石标本,大部分为石质陨石。但实际上,陨石的种类很多。

科学家们根据陨石中金属和硅酸盐的含量、结构和构造以及它们的成分差异,将陨石分类为:铁陨石、石铁陨石和石陨石三大类。

一般石陨石中的铁镍金属含量小于等于30%;石铁陨石的铁镍金属含量在30%~65%之间;铁陨石的铁镍金属含量大于等于95%。

根据陨石结构或出现矿物等特征的不同,每一大类还可以再进一步细分出不同类型。

1.陨石巨无霸——石陨石

石陨石在人们所采集的陨石标本中是最常见的一种陨石,它含有75%~90%硅酸盐矿物质(例如橄榄石)、10%~25%的镍铁合金以及硫铁化物。

按陨石的结构构造特征,石陨石可分为球粒陨石和无球粒陨石两大类。

球粒陨石是石陨石的一种,是最普通的一类陨石。它没有遭遇过母体的熔融或地质分异,因此结构没有改变过。在众多的陨石中,球粒陨石非常丰富,约占陨石总量的91%~92%,其中体积最大的是吉林陨石——一种H球粒陨石。球粒陨石是较为原始的陨石类型,包含了很多太阳系早期的信息。这类陨石用肉眼就能看见很多“小疙瘩”或小圆球,大小不一。

球粒陨石有球粒结构,球粒之间有比较细小的基质物质。球粒大小一般为0.1毫米~20毫米或更大,通常由橄榄石、辉石、玻璃、陨硫铁、铁镍金属以及这些矿物的组合构成。

球粒陨石又可划分为顽火辉石球粒陨石、普通球粒陨石和碳质球粒陨石这3个化学群,以及6种岩石学类型。而普通球粒陨石又有3个亚群:高铁群,也称古铜辉石球粒陨石;低铁群,也称紫苏辉石球粒陨石;低铁低金属群,也称橄榄石-紫苏辉石球粒陨石。

虽然在陨石中人们已鉴别出将近50种不同的矿物,但在一般情况下,球粒陨石主要还是由橄榄石、辉石、斜长石、铁镍微颗粒以及少量其他矿物组成。在显微镜下,这些不足1纳米的矿物颗粒杂乱无张地排列,没有一个固定的形态结构。

地球上的含碳球粒陨石非常稀少,它们的主要特点是含有氨基酸和其他有机质。科学家们研究发现,1969年9月在澳大利亚的亚茂契逊镇坠落的含碳球粒陨石中,含有18种氨基酸。

另外,具有含水矿物蛇纹石也是这类陨石的特殊之处。这些都是在地球上不曾含有的物质成分,因此球粒陨石可说是陨石界的重要成员。

球粒陨石的最大特征是除了拥有上述矿物成分之外,还具有一些直径约1纳米的圆形球粒。这些圆形球粒大多是玻璃质的,主要由含铁硅酸盐液滴结晶而成。

放射性年龄测定结果表明,大多数球粒是在45亿年以前形成的。有些科学家认为这些球粒的成分可能代表某些原始行星物质,推测是在太阳系开始形成初期,被原始太阳熔化并脱离太阳迅速冷凝而形成的,这样的成分可能是太阳系初期没有经过改造过的成分。

这一发现为人们了解地球原始成分提供了十分宝贵的资料,更有助于人类探索地球和宇宙形成的奥秘,为人类日后的进步和发展创造了条件。

球粒陨石的岩石学类型表示陨石的热变质程度,陨石的热变质程度和平衡程度随岩石学类型的增加而增大。岩石学类型低表示陨石比较原始,平衡程度低,这类陨石称为非平衡型球粒陨石;岩石学类型高表示陨石热变质程度高,通过连续再结晶作用,陨石由非平衡型转变为平衡型(化学、矿物学和同位素组成均匀的类型),这类陨石称为平衡型球粒陨石。

观测结果表明,碳质球粒陨石的岩石学类型仅有1~4型,其余的球粒陨石仅有3~6型。

2.冠云峰清——铁陨石

顾名思义,铁陨石的成分含有铁元素。其主要由铁纹石和镍纹石两种矿物组成,其次含有少量的石墨、陨磷铁镍矿、陨硫铬矿、陨碳铁、铬铁矿和陨硫铁等。

在化学成分上除镍和铁外,铁陨石还含有钴、硫、磷、铜、铬、镓、锗和铊等元素。有少数铁陨石还含有硅酸盐包体。

铁陨石的分类主要根据镍、镓、锗和铊的含量及其构造特征,基本上分为13个群。

镍含量约6%~14%的铁陨石,具有由铁纹石和镍纹石片晶构成的图像,这种图像称为维斯台登构造。据统计,80%以上的铁陨石都具有这种图像,铁纹石和镍纹石片晶呈八面体排列的铁陨石,被命名为八面体铁陨石。而镍含量约低于6%的铁陨石,没有维斯台登构造,主要是大的铁纹石单晶体。这些铁陨石具有六面体解理,称为六面体铁陨石。

当镍含量约超过14%时,细粒八面体铁陨石的维斯台登构造消失,只能见到细粒铁纹石和镍纹石呈角砾斑杂状的交生现象。当镍含量达25%~65%时,形成无结构的铁陨石,这种陨石主要由镍纹石组成,它含有一些小的铁纹石包体和少许其它的矿物。大多数铁陨石都显示冲击效应的特征。

3.扣之铮然——玻璃陨石

玻璃陨石是一种天然的玻璃物质,一般只有几厘米大小。它有各种形状,多数是钮扣状和泪滴状,颜色从深褐色到黑色,不透明,也有少数地区发现的玻璃陨石是绿色和透明的。大多数玻璃陨石的表面上还有成组的皱纹,这些特征使人们推测玻璃陨石是在熔融状态下高速飞行并迅速冷却而形成的。

陨石基本上均匀分布在全球,而玻璃陨石则不同,其主要集中分布在一部分地区。

亚澳散布区:包括中国的雷州半岛和海南岛、印度支那半岛、菲律宾、澳大利亚、印度尼西亚等地。除澳大利亚的富钠玻璃陨石年龄为300万年~400万年外,这一地区的玻璃陨石均为70万年左右。

象牙海岸散布区:包括象牙海岸、加纳及其附近海域。这一地区玻璃陨石的年龄约为100多万年。

莫尔达维散布区:在捷克斯洛伐克西南部伏尔塔瓦河流域。这一地区玻璃陨石的年龄为1500万年左右。北美散布区:包括美国得克萨斯州、乔治亚州和华盛顿等地。这一地区玻璃陨石的年龄最大,约为3000~4000万年,研究价值相当高。

从化学成分看,各个区域的玻璃陨石含有68%~82%的二氧化硅(SiO2),10%~16%的氧化铝(Al2O3)。这与一般陨石的成分很不相同,而与地球上一些砂岩比较接近,不过缺少一些容易挥发的物质,如水、二氧化碳等等。

在一些玻璃陨石中人们还发现有镍铁颗粒,表明这些玻璃陨石的形成与铁陨石有关。在核武器爆炸试验时,其散发的能量曾经把地球表面一些岩石熔融成近似玻璃陨石的物质。

玻璃陨石的成因仍是一个还没有最后答案的谜。科学家或天文学家各执观点,但现今最被普遍认同的结论是:巨大的陨石或彗星(核)与地球相遇,猛烈冲击地球表面的砂岩物质,巨大的动能转变为热能,进而溅射出大量的熔融物质并在高空迅速冷却,还来不及结晶,便形成了这种玻璃物质。

4.最宝贵的陨石——捷克陨石

捷克陨石又名莫尔道陨石,是现存最宝贵的陨石之一。捷克陨石于1787年在捷克摩达维河发现,所以英文就以Moldavite命名,中文为捷克陨石。

捷克陨石的形成大约在一千五百万年前。当时有一颗巨大的陨石撞击到地球表面,由于大爆炸产生了高温与高压,而将这颗陨石与周围的石头融合成如浪花般的玻璃状物质。

通常捷克陨石颗粒较小,而且硬度大、性脆,无延展度,不易雕刻。因此,捷克陨石大多为祼石,较少看到雕刻件。捷克陨石的主要成分来自高含量的硅,有时含极微量的水,偶而透过光线可看到其中有细小气泡。

捷克陨石的主要产地分布在捷克及邻近国家,其中以捷克南方省份,约在布拉格南方及维也纳西北方的农田地,地表的浅土层约1~5米深处,以及波西米亚、摩拉维亚两地最著名,非常罕见。

目前最大的捷克陨石也不过约200克左右,但是捷克陨石小小一块就价值不菲。通常捷克陨石表面有细细的凹下去的纹路,这是陨石在空气中流动时候形成的。一般情况下,凡是陨石的原矿外表一定是凹凸不平的,除非是经过了人工的打磨抛光。较厚的捷克陨石看起来颜色会呈现深绿色且会带有些黑色,而较薄的捷克陨石颜色是较清淡的绿色,但这两者如果透光看都会呈现深浅度不同的绿色而不带有黑色。实际上,捷克陨石就是一种特殊的天然玻璃。

捷克陨石外观像绿色、半透明的玻璃,是一种十分稀少的物质。它的外观常有很特殊似雕刻的花纹,常被直接拿来镶嵌成珠宝饰品(未经琢磨加工)。因它是天然玻璃,跟玻璃一样脆,加工的时候裂的机率很高,不易雕刻成型。所以,捷克陨石加工的成品价格较为昂贵。

由于陨石撞击所形成的玻璃极为特殊,因此有人认为含有非常高的宇宙能,其可以提供能量去除头痛、疲劳、无精打采,并可增强人体的免疫系统。

绿陨石拥有非常非常强大的磁场,至于它是否来自外层空间,则还没有定论。

5.石铁陨石

石铁陨石由铁、镍和硅、酸、盐矿物组成,铁镍金属含量为30%~65%,这类陨石约占陨石总量的1.2%,因此它的商业价值最高。

著名的石铁陨石是山东莒南的“铁牛”,长1.4米,重达3.72吨,为世界陨石之首。该陨石铁含量占70%以上,其次为硅、铝、镍。其主要矿物有锥纹石、镍纹石、合纹石等,次要矿物为陨硫铁、铬铁矿、石墨等。

石铁陨石根据其内部的主要成分和构造特点分为:橄榄石石铁陨石、中铁陨石、古铜辉石——鳞石英石铁陨石。

石铁陨石可创造巨大的商业价值,人类开展对这类陨石的研究和分析具有重大的意义。

6.奇异的莒南铁——铁牛陨石

山东莒南铁牛石铁陨石通体呈现褐色,半隐半露,南北而卧。北端牛头高扬,似全神贯注般凝视远方。牛首露出地面约70厘米,牛身中间部位略低,距地面上约40厘米形成完整的牛背。南端又比中间部位略高,大约高出地面50厘米,为牛臀。整块陨石比例恰当,酷似一头“吉祥牛”,成为了一种力量和勇气的象征。

经专家测定,该陨石包括地下部分总长为140厘米,最大宽度为80厘米,上下厚度一般为40厘米左右,最大厚度80厘米,体积约为0.6立方米,重量为4吨。铁牛石铁陨石表面的结构较为粗糙,普遍存在气孔,气孔密度也不均匀,气孔大小一般为1厘米~2厘米,最大可达10厘米。

该陨石主要成分为铁质,铁质组分约在70%以上。其次为硅、铝、镍等,还含有少量的铬、磷、硫和碳质组分等。该陨石主要的矿物成分为锥纹石、镍纹石、合纹石、斜顽辉石和石英等,其次矿物成分为陨硫铁、陨磷铁镍矿、铬铁矿、石墨和磁铁矿等。综合铁牛陨石的物质成分和结构看,该陨石属于石铁类陨石。

人们通常在国内外见到的陨石多半为黑色,而莒南的铁牛石铁陨石的色彩却恰恰是黄色的。这为什么呢?

原因很简单:铁牛石铁陨石陨落的地带多为黄土层和黄泥地质,无论是藏身何处,都免不了将黄色印在陨石的表面,特别是在高温作用下熔壳与黄土(泥)融合产生独特的黄色熔壳色彩。这些因素加起来使得莒南铁牛石铁陨石除具有一顶世界最大的桂冠,还有一种鹤立鸡群、与众不同的气质。

这块黑色的陨石在铁牛故乡就显得尤其珍贵,其表皮就可以清楚地看到球粒物质,磁性十足,层次分明。

陨石裸露地表的部分和掩盖地下的界限是很分明的。这可以看出不同的环境所形成的物质特征不同,同铁牛石铁陨石的母体一样,看似纯正的陨铁其实确是石铁陨石。尽管铁质占据陨石的90%以上,但仍然改变不了陨石的本来性质。

金黄的熔壳下,透出高温烧灼的红色物质。这样的状态竟然保留着强烈的磁性,令人不可思议。这便是大自然造就的神奇物质。

除蕴涵各种稀有金属物质和有机物以外,石中有铁,铁中有石,两者紧密结合,形成特殊的石体,历经一千多年仍然保存完好,没有一丝锈蚀和腐烂,彰显了铁牛石铁陨石独特的物质特性!

7.知识补充——发现铁牛陨石

世界上最大的石铁陨石是莒南铁牛。

1983年5月,南京大学地球物理系教授邱德同在山东莒南铁牛庙村喜宴上听群众说起村里的铁牛,就此揭开了隐匿千年之久的世界最大的石铁陨石“莒南铁牛石铁陨石”的神秘面纱。在山东莒南坪上镇铁牛庙村前的一个小院子里,卧伏着一头硕大的“铁牛”,它就是举世闻名的莒南铁牛石铁陨石。

1985年,经南京大学和南京地矿所的教授专家鉴定,该铁块系“天外来客”,是目前世界上最大的石铁类陨石,其被命名为“莒南铁牛石铁陨石”。

在人们发现的陨石中,石铁陨石较稀少,只占全部陨石的2%。因此,其尤为珍贵,商业价值最高。作为目前世界上最大的石铁陨石,莒南铁牛陨石因此而闻名世界。

关于这块陨石至今仍然流传着众多的传说和谜团,给人们带来无尽的疑问和思索。铁牛陨石的陨落时间,当地史书并无记载。

据专家推测,莒南铁牛陨石约在唐代陨落,至少已有1200多年的历史,当地百姓奉铁牛为神物。铁牛陨石自陨落至今,一直留在原地,没有搬动过。1958年大炼钢铁时,曾有人试图将其融化,庆幸的是无论火烧、锤击,陨石都毫发无损。陨石本身独特的成分使其得以保存了下来。

虽说每年落到地球上的宇宙物质不少,但能被人们发现的石铁陨石还真是凤毛麟角。因为当石铁陨石以每秒75千米的速度坠落时,它要经受数千摄氏度高温和数十万个大气压的冲压摩擦,这致使大多数陨石熔化掉甚至蒸发。

莒南石铁陨石是宇宙赐给莒南人民的一份丰厚礼物,也是宇宙赠给中华民族的一块无价的“国宝”。该陨石的发现对于探索天体的起源和演化,研究行星内部的物质组成,以及发展宇航事业,都将具有十分重要的意义。

8.最古老的陨石——宁强陨石

宁强陨石非常古老,它已经诞生有四十五亿多年了,比太阳系的年纪还要大,是现今人类可研究宇宙中最古老的陨石。

宁强陨石发现于陕西省汉中市宁强县西部的燕子砭,嘉陵江畔,这里也因曾降落过太阳系最古老的天体样品而驰名中外。

宁强陨石是太阳系最古老的天体样品,是世界上研究天体文学和天体形成史最珍贵的稀有实物标本。

9.世界罕见——吉林陨石雨

1976年3月8日15时1分50秒左右,一颗重约4吨的陨石从地球公转轨道的后方以每秒15~18千米的相对速度追上地球,闯进大气圈,似不速之客从天而降,霎时间火光熠熠,响声隆隆。当它飞临吉林省吉林市北郊19千米高空时发生了一场蔚为壮观的陨石雨。这就是闻名中外的吉林陨石雨。

这场陨石雨数量之多(共收集到138块标本)、重量之大(总重量超过2700千克)、分布之广(东西长72千米,南北宽8千米,近500平方千米),实属世界罕见。其中,最大的“吉林一号”陨石重达1770千克,是目前已知的世界上最大的单块石陨石。这一庞然大物成为陨石界的一块瑰宝,其研究价值极大。

吉林陨石的母体是位于火星和土星之间的一个叫阿波罗的小行星,这颗小行星直径约440千米,形成约46亿年。大约800万年前,在一次剧烈的天体撞击事件中,吉林陨石从距母体表面约20千米深处被撞击出来,改变了运行轨道,形成了一个新的椭圆形轨道,同地球轨道有了交叉,使其同地球相撞成为了必然。吉林陨石坠落时受到高温高压气流的冲击,陨石不断发生破裂,在19千米的高空因体外与体内温度不均而发生了一次主爆裂,大大小小的陨石碎块散落下来,坠落到吉林地面,从而形成了吉林陨石雨。

经过科学家对吉林陨石雨的研究考证:吉林陨石雨熔壳呈深褐色,上面布满手指窝状的手印。

科学家对吉林陨石样品进行了切片化验分析、X射线分析以及在双目镜下鉴定和X光粉晶分析。通过分析发现,吉林陨石为石陨石的一种,属于高铁群球粒陨石,内含橄榄石、斜方辉石、古铜辉石、顽火辉石等43种矿物,其中一些矿物质是同类陨石中首次发现。此外,还有9种矿物质是地球上所没有的。

同时使科学家意想不到的是,在吉林陨石的体内还含有多种与生命物质有关的有机化合物,有氨基酸、核酸、脂肪酸等,其中氨基酸有11种之多。

吉林陨石学名橄榄石——古铜辉石球粒陨石,或高平衡铁(H群)球粒陨石。它蕴藏着极为丰富的有关太阳系起源、太阳星云的分馏与凝聚、行星的形成过程、小行星的演化、行星际空间的辐照历史和陨石降落过程的物理化学环境等科学信息,是研究天体演化、生命起源、元素起源、空间技术以及其他多种学科不可多得的珍贵实物资料。通过对吉林陨石的研究,我国在这一领域走到了世界的最前列。吉林陨石的价值相当于发射了一次人造卫星。

10.研究陨石的意义

在远古,陨石的坠落对于当时的社会和人类没有太为深刻的意义。由于科技的落后和思维的局限性,古人认为陨石最多只是充满神奇色彩的物体,但并不具有研究的价值。但现在,陨石已是人类探索与走向宇宙的重要线索和基础。

陨石实际上是很难得的,因为每年落到地上来的陨石不多,被搜集到的就更少了。陨石也很珍贵,因为它是能够接触到的、数量非常有限的天体实物标本。陨石可以为人类带来非常宝贵的情报和信息,而这些信息往往是用其它手段难以得到的。因此,尽管地上的实验室里已经有了从月球上取来的岩石,科学家们仍然十分重视研究这些自己“送上门来”的陨石标本。

事实上,研究陨石有着多方面的意义。

首先,研究陨石对研究地球的形成有很高的价值。我们知道,陨石是太阳系里最古老、最原始的天体物质,它的存在年龄与地球相当,在46亿年左右。而地球上现存的最古老的岩石只有38亿年,有近8亿年的地球演变过程是人类从地球本身无法探知的,因此只有借助于这些天外来的“不速之客”来回答。

根据科学家多次测量,陨石年龄和人类地球年龄基本上是一致的,都是46亿年左右。可是地球怎样从46亿年前的状态演变到今天这个样子的呢?在这漫长岁月当中,由于地球内部物质运动等原因,那些地球形成初期的物质或者已经不存在了,或者已经深埋在地球核心,地球开始形成时的原始的面貌有了很大改变。

而陨石就不是这样,由于它的体积小,没有象地球那样发生巨大的变化,它仍然保持着当年形成时的“庐山真面目”。这就为研究地球的历史,特别是地球早期的演化过程提供了宝贵的依据。地球和太阳系其他天体都是从原始太阳星云凝聚、演变而来的。陨石就很自然的成了这个太阳星云的考古标本,它为人类带来了原始太阳星云物质的种种情况,为研究太阳系的形成和演化作出了贡献。

另外,研究陨石对于探索生命的起源和发展以及除地球之外的其他星球是否具有生命体等问题也有很大的帮助,人们可以从陨石研究中得到线索和启发。

如紫金山天文台王思潮研究员在1983年陕西强县降落的陨石中发现了有机物质,从而引起了世界天文界的重视。这一发现说明了形成地球生命的有机物有可能是被陨石带入地球,并在地球适宜环境下不断得以发展、演化的。在人类的生命起源和演化理论的争论中,这一发现起到了至关重要的作用。

总之,深入研究陨石是由哪些物质组成的、结构有什么特点、怎么形成的、又如何演化的等等,对于天体史、地球历史生物史及天体物理学、天体化学、高能物理学和宇宙空间科学的研究等方面,都有很重要的意义。

由此可见,陨石的珍贵并不在于其本身所具有的价值含量,而是其研究的价值成果。