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陨石的概况和研究意义(本文摘录自天文学家王思潮赠书)

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发表于 2013-1-2 19:46:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
陨石的概况和研究意义


1 陨石的形态、大小和特征
科学工作者将1977121日河南信阳的陨石命名为信阳陨石,其中较大的一块称之为信阳1号陨石,重48公斤,形状呈三角锥状(见下图);较小的一块称之为信阳2号陨石,重27.5公斤,形状呈斧头状(见下图)。经过对这两块陨石的比较,实验和推敲,科学工作者发现它们可自然拼成一块,合并后的形状像一块三角形多面体,(见下图)。这种自然拼合进一步说明它们原来只是一块陨石,在穿过地球大气层时才爆裂开的。这两块陨石的表面是一层黑色的较薄的硬壳,在陨石学上称之为熔壳。信阳陨石的熔壳厚度较均匀,一般为0.5毫米左右。在这层熔壳下面就是陨石的内部物质,呈灰色。
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信阳一号陨石和信阳二号陨石“重逢”
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在信阳1号陨石的表面上可以看到一个较浅的凹坑,像是用手指在黏土上按出来的印子,陨石学上称这些陨石表面上的凹坑为“气印”。
信阳1号陨石的气印主要分布在上半部的熔壳表面上,在一号陨石上半部的气印分布也不均匀,一般是每10平方厘米面积内有1.5个,其气印长轴为44.5厘米,短轴2.53厘米,坑深11.5毫米。分布最密的地方可达到每10平方厘米5个气印,这些气印大小差不多,每个气印的长轴约3厘米,短轴约2.5厘米,坑深22.5毫米。在这块陨石表面上有极个别的气印坑深达到6毫米。信阳1号陨石的气印形状为近椭圆形或近菱形。在这块陨石下半部,有的熔壳表面几乎见不到明显的气印。

在信阳1号陨石表面上,还有许多明显的流纹线,这在其他陨石中是罕见的。这些流纹线呈线

条状,在陨石熔壳上向外凸起,直径为0.3毫米至1毫米,长度一般为几厘米到10几厘米,这些流纹线排列成伞状辐射,科学工作者推测是当陨石在大气中高速定向(无旋转)飞行时,由高温高压气流冲刷而成的。
今天,人类已进入空间时代,人造卫星的回收和宇宙飞船重返地面已成为当代空间科学的前沿课题。在高速返回地球大气层的冲刺中,这些飞行器都要经受严重的熔蚀,因此这次信阳陨石的流纹线为空间飞行提供了宝贵的资料。
前面介绍的是信阳陨石的情况,其他陨石的形态如何呢?陨石有多种多样的形状,例如多面体的块状、团块状、椭球体状、圆锥体状、不规则状等。一般说来,陨石的形状不是非常规则的。陨石的大小和重量也相差悬殊,小的比小指头还小,大的有几十吨重。世界上已发现的最重陨石是铁陨石,有60吨,名叫戈巴铁陨石,它落在西南非洲。戈巴铁陨石的长和宽分别为2.95米和2.84米,高为0.5米至1.2米。

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1997年2月15日晚山东董口陨石雨的一块小陨石

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 楼主| 发表于 2013-1-2 19:50:47 | 显示全部楼层
本帖最后由 男子汉 于 2013-1-2 19:52 编辑

至今,世上还没有发现过100吨以上的大陨石。是没有还是没有找到呢?科学家对这个问题进行了计算分析,他们认为,100吨以上的陨石体冲入地球大气层时,即使不瓦解,能够整块地往下冲,但是,由于陨石体本身太重,大气阻力对它速度变化的影响不大,陨石体仍能保持相当一部分宇宙速度与地面相撞,这样高速的激烈撞击能使陨石体“粉身碎骨”,同时巨大的动能在一瞬间转化为热能,使大部分陨石物质和部分地面物质熔化或气化,并向四面溅射,陨石体本身就这样“化整为零”了。
世界上最大的石陨石是吉林1号陨石,它重1770公斤。石陨石与铁陨石相比,容易瓦解,因此难以发现更重的石陨石。从发现的石陨石情况看,它们的重量多数在几百克至十多千克范围内,这是由于这样的石陨石数量较多,落到地面后又容易察觉。
陨石的形状和大小并不是判断陨石的重要标志,陨石的重要标志是熔壳和气印。
和信阳陨石相类似,新落下不久的陨石,外表一般是深褐色、黑色或深灰色,这层外壳是一层
薄薄的壳层,被称为熔壳,它是陨石的特殊标志。也有其他颜色的熔壳,但比较少见。石陨石的熔壳厚度一般不超过1毫米,铁陨石的熔壳更薄,一般不超过0.2毫米。
陨石另一个特征是气印。和信阳1号陨石相类似,在陨石的表面时常(但并不是必定会)看到一些特殊图形或椭圆形或近菱形的小浅坑,凹坑的直径一般从几毫米到几厘米,深度比较浅。这些浅凹坑就是气印。
2 陨石的分类
落在地球表面上的这一块块陨石,是来自地球外的天体标本,它们能给我们带来什么重要信息呢?陨石的“身世”如何?它们和太阳系以及地球的起源又有什么关系?这些都是人们所希望了解的。要想探讨这些问题,首先要弄清陨石的分类,各类陨石的特点及相互之间的联系,它们与地球、太阳有什么关系?……从中找出规律性的东西来。从成分和结构看,陨石的种类很多,在全世界收集1000多次的陨石中,可以分成几十种类型,不过大体上可分为四大类,这四大类陨石是球粒陨石、非球粒陨石、石铁陨石和铁陨石。前两类都是石陨石,主要由硅酸盐物质组成,有点像石头那样;但球粒陨石与非球粒陨石又有相当大的差别。
  球粒陨石是最主要的陨石,在全部看见落下并找到的陨石中,球粒陨石落下的次数占87.3%,可以说天上每落下八次陨石,就有七次是球粒陨石,表明这种陨石占比例相当大。
球粒陨石有一个重要的特点,即在它们的内部一般都含有许多球状颗粒,球粒直径从零点几毫米至几毫米,小的像小砂粒大小,大的有豌豆那样大(见下图)。这种球粒结构是很特殊的,在地球的岩石中还没有找到过。除了球粒,在球粒陨石内部还有一些金属镍铁颗粒和金黄色闪闪发亮的陨硫铁颗粒。

从我国东台球粒陨石中取出的11颗球粒照片,照片中球粒大小为1毫米至1.8毫米
DSC01043.JPG
 楼主| 发表于 2013-1-2 19:54:18 | 显示全部楼层
男子汉 发表于 2013-1-2 19:50
至今,世上还没有发现过100吨以上的大陨石。是没有还是没有找到呢?科学家对这个问题进行了计算分析,他们认 ...

球粒陨石还有一个很重要的特点,即它们的化学成分与太阳有某种类似,这就是在非挥发元素组成上与太阳相接近。其他类型的陨石并没有这样的特点,地球月球的岩石也未发现这种特点。由于太阳的质量占整个太阳系质量99%以上,因此球粒陨石这个特点对研究太阳系的起源是很有意义的。
第二大类是非球粒陨石。它们主要也是由硅酸盐物质组成,也是像石头那样,但非球粒陨石内部并无球粒,其成因与球粒陨石有较大差别。
第三大类是铁陨石,主要由金属铁镍组成,看起来就像一块铁。铁陨石一个重要特征是镍的含量比地球上自然铁的镍含量明
而铁陨石的镍含量都超过5%。由于铁陨石中镍的含量较高,因此可以说它们是一块块天然的“宇宙合金”。
大多数铁陨石还有另一种特殊的标志,即把它们的表面磨光,磨得像镜子一样发亮,这时用某种酸(如硝酸)的稀溶液把这种光面浸上5分钟到10分钟,铁陨石就会露出它的庐山真面目——表面上出现一种花纹。这种花纹由交叉条带组成,呈网状,而条带又被一些发亮的狭奞细带所围绕,这种花纹叫韦德曼花纹(见下图)。这种特殊花纹在地球上的自然铁中是没有的。一些科学工作者通过研究发现,熔化的镍铁在异常缓慢冷却的条件下,才会结晶出这种结构。估计这个过程发生在较大小行星的核心,经过熔化下沉到这里的镍铁被上百公里的熔化岩石层包围着,热量不容易散发出去,只能很慢地冷却、结晶。
第四大类是石铁陨石,硅酸盐物质与铁镍物质含量差不多,好像是石块和铁块的混合体。它们有多种形态,其中一种叫橄榄陨铁,它好像一块铁海绵,空洞为圆形或多角形玻璃状矿物——黄绿色橄榄石的(石质)颗粒所填充。另一种叫中陨铁,“身体”是石质(硅酸盐)的,全身散布许多镍铁颗粒。
显地高。地球上自然铁中镍的含量最高不超过
3%,往往在1%以下,

韦德曼花纹。(对应长约3.5毫米的样品)将铁陨石的光片用5%硝酸 + 95%酒精的溶液浸蚀,就显现出清晰的韦德曼花纹。照片中灰白色宽带为铁纹石,铁纹石中的白色亮线为镍纹石,灰黑色的区间为合纹石。照片中间的包体为陨硫铁。

DSC01023.JPG

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 楼主| 发表于 2013-1-2 19:55:53 | 显示全部楼层
本帖最后由 男子汉 于 2013-1-2 19:56 编辑
男子汉 发表于 2013-1-2 19:54
球粒陨石还有一个很重要的特点,即它们的化学成分与太阳有某种类似,这就是在非挥发元素组成上与太阳相接 ...


这四大类陨石,它们之间并不是毫无联系的:人一拿起石铁陨石,就很容易看出它的形态是铁陨石与石陨石的自然过渡。拿铁陨石看,中陨铁和大多数球粒陨石中都有铁镍颗粒,但中陨铁的铁镍颗粒更明显。至于铁陨石,主要就是铁镍。再拿一些铁陨石来看看,在少数铁陨石中,还发现含有硅酸盐的包裹体,就是说有一些石头块散布在金属镍铁里面。例如我国内蒙古乌珠穆沁铁陨石就含有明显的石头块,重量占到8.43%。由于它含有石块,所以比重比一般铁陨石小,显得轻一些。以上这些现象反映了这几类陨石在演变史上有一定的关连。
3 陨石的身世和研究意义
本章开篇说的两块信阳陨石,科学工作者已“查明”它们是两块球粒陨石。前面曾说到球粒陨
石的化学组成与太阳有某种类似,推测它们与太阳系的起源有一定的关系,那么球粒陨石是不是太阳系最古老的石头呢?为了深入探讨这个问题,还需要测定陨石的年龄,并与地球上的各种岩石作比较。
一块石头怎么知道它多大岁数呢?原来石头中含有放射性同位素,这些放射性同位素会蜕变成新的元素,而且蜕变的速度是稳定的。例如铀238,这种放射性同位素经过45亿年就有一半含量裂变成铝和氦,这45亿年就称为铀238的半衰期。如果经过90亿年即两个半衰期的时间,铀238就只剩下14,另外310变成铝和氦。因此根据石头中现在含有多少铀238 和生成多少铝和氦,就可以标出石头从凝固到现在的年龄。除铀238以外,还可以用别的放射性同位素测年龄,这些放射性同位素就像计时器一样,定出石头的岁数。不过年龄是从石头最后一次凝固的时间算起。如果一块石头受热重新溶化和凝固,年龄就要从头算起,就好比一块体育比赛用的码表又从零走起那样。
测定结果,地球上大部分石头的年龄都不超过10亿年,最古老的石头是30多亿年。看起来,这个年龄已经很大了,但要是与陨石相比,就差远了。
在太阳系中,九个行星围绕太阳的运动大体在一个平面上,而且顺着一个方向跑。从这个现象,人们推测太阳系原来是一团庞大的气体尘埃云,称为“太阳星云”。这个星云大体上有一个自转方向,由于引力的作用,星云收缩变得扁平,逐渐在中心凝聚成太阳,外部形成行星、卫星等天体。这些行星由于是同一扁平星云物质形成的,所以大体在同一个平面上。(行星形成以后,内部又继续起变化,改变了原来的状况)。
球粒陨石的化学成分特点,使人们推测它们和太阳都是由太阳星云直接凝聚变成的。现在落在我们手里的这一块块球粒陨石很可能是太阳系较原始的凝聚团块,我们可以把它们放在实验室里,用现代高精度的测试仪器进行分析,以研究太阳系的诞生过程。
从球粒陨石的一个个小球粒,人们自然又会联想到太阳星云中的细微尘埃会凝聚,变成毫米大小的球粒,再由许多球粒集聚成更大的天体。那么,球粒是怎样由尘埃物质变过来的呢?这是太阳系起源中一个重要问题。一个个结实球粒的形成,表征着太阳系已开始脱离混混沌沌的气体尘埃状态,在整个太阳系形成的宏伟历程中迈开了很有意义的第一步。然而这个球粒形成的问题却是众说纷纭,在很长时间内一直是个难解之谜。看来应该从球粒本身的性质加以深入的探讨。科学工作者经过研究,发现球粒一般是滴粒的形状,偶尔还有一个球粒被另一个球粒嵌入的情况,人们还深入分析了球粒的矿物质和结晶情况,当把样品磨成薄片,放在偏光显微镜下,就可以看到五光十色的图像,十分有趣。经研究,发现组成球粒的矿物质有橄榄石、斜方辉石和斜长石等硅酸盐矿物,这些矿物质在地球上的一些火成岩中也有,它们是在高温条件(高于摄氏1000度)下形成的,球粒中还发现有玻璃物质。在工业生产中,人们都知道,一般玻璃石没有结晶的物质。生产玻璃的过程,首先要把一些选好的岩石材料溶化,然而让它很快地冷却,这样它内部的分子还来不及排列就凝固了。玻璃物质在球粒中的出现表明球粒的冷却过程是很快的。
从以上这些特点,一些科学工作者推测球粒是这样形成的:在原来太阳星云中,有一部分尘埃集聚成许许多多的尘埃球,这些尘埃球由于可能由于闪电或碰撞等原因受到高热,变成高温下溶化的液状滴粒,随后迅速冷却结晶,(有一部分物质还来不及结晶,变成玻璃物质),这些冷却的滴粒就是球粒。
这里顺便再介绍一下,在球粒陨石中有一种特殊的碳质球粒陨石,这种陨石是黑色易碎的,它含有一定数量的碳和水(水在这种陨石中不是呈现液体状态,而是与其他化合物结合在一起),在有的碳物质球粒陨石中,水的含量还相当多,会占到20%左右。这说明,太阳系诞生时期就已经有水存在于这种球粒陨石之中,只要具备一定的条件,水就会从中分化出来。
还有一小部分石陨石是非球粒陨石。这类陨石有几个特点:①与球粒陨石相比较,它们不仅没有球粒,而且比一般球粒陨石轻,也就是说密度小一些。在绝大部分非球粒陨石中,镍铁少,尤其是金属镍铁少。②与地球的岩石比较,在化学成分和矿物上,这类陨石与地壳中一些岩浆岩相类似,非球粒陨石的结晶比球粒陨石粗得多。推测它们在陨石中,有一部分铁以氧化物形式出现在硅酸盐中,或与硫结合成陨硫铁,而另一部分是金属镍铁,起源于岩浆的结晶。③与小行星相比较。人们近年来对一些小行星进行了分光光度测量,发现不少非球粒陨石的成分与一个较大的小行星表面物质相类似。④一些非球粒陨石还带有碰撞过的痕迹。在这些陨石中发现了不少的碎石块,推测是受碰撞后,岩石碎裂,但在外部压力或内热作用下,这些碎石块仍然固结在一起。
从以上情况,人们对非球粒陨石的形成进行了推测,非球粒陨石和球粒陨石是石陨石,主要是硅酸盐物质。说明两者有相似之处,但又有区别,一些科学工作者估计,区别是这样引起的:球粒陨石物质受热熔化,球粒结构因此消失,一部分较重的镍铁下沉,留下来的就是非球粒陨石物质。由于镍铁少了,所以非球粒陨石也轻一些。这种分化发生在一些较大的小行星内部,经过溶化和分化,在小行星的核心主要是较重的镍铁物质,上层主要是较轻的非球粒陨石的石质物质,以后逐渐冷却和结晶。在小行星环带区中,岩浆岩是由溶化状态的岩浆冷却凝固而成的岩石,又称作火成岩。
分光光度测量,简单地说来,是用许多不同颜色的滤光片测定小行星的亮度(包括紫外光和红外光的亮度),就可以得出分光反射曲线,再与各种陨石相比较。
小行星的数目又很多,在多少亿年的漫长岁月中,有时会发生两个小行星的碰撞,瓦解成大大小小的碎片,较大小行星上层部分瓦解的碎片是非球粒陨石。
因此,陨石是太阳系古老的考古样品,有重要的研究意义。
4 中国古代的陨石
我国自夏代以来4100多年中有360多次陨石记载的史料,是全世界研究古代陨石最为系统而珍贵的资料。据《竹书纪年统笺》记载,公元前2133年在我国河南省颖川阳翟降落的一场铁陨石雨,“帝禹夏氏八年,雨金夏邑”。这是世界上最早的有关陨石的文字记载。《春秋》也记载了公元前645年12月24日河南省商丘县城北的一次陨石降落:“僖公十六年春,王正月戊申朔,陨石于宋五。”《左传》解释说:“十六年春,陨石于宋五,陨星也。”这里首次提出了陨石是星陨至地之说,这比欧洲人认识这一真理要早2000多年。
我国史籍上还有许多陨落现象和陨星性质的科学记述。
宋朝著名科学家沈括就对陨石的坠落作过相当生动的描述:“治平元年,常州日禺时,天有大声如雷,乃一大星几如月,见於东南,少时又震一声,移著西南,又一震而坠在宜兴县民许氏园中,远近皆见,火光赫然照天。在许氏园中视地中只有一窍如杯大,极深、下视之,星在其中荧荧照,良久渐暗……发其窍,深三尺余,乃得一圆石,犹热,其大如拳,一头微锐,色如铁,重亦如之。州守郑伸得之,送润州金山寺,至今厘藏,游人到则发视,王无咎为之传甚详。”
这就是说,宋朝冶平元年(公元1064年),有一天,在太阳西落后,常州地区看到天上有一个大星(火球),几乎像月亮那样大,从东南向西南飞行,火光映红了整个天空,远近地方都看得到,声音像雷鸣一样。陨石落在宜兴县一家姓许的园中,陨石坑有三尺多深,陨石在坑内微微发光,逐渐变暗,把它取出后,仍然是热的,形状像块圆石,一头比较突出,大小像拳头,颜色与重量都和铁一样。常州州官郑伸得到这块陨石后,送到润州金山寺(现在镇江市金山寺),并用木盒装起来,游览的人们都可以打开看,有一个名叫王无咎的人还对这件事作了详细的记载。
从沈括生动的描写可以知道,这是一次铁陨石落下的情景。
在我国和世界上其他一些历史悠久的国家中,往往在古代的墓葬中发现有一些用铁陨石制作的
器物,这说明古代人很早就设法利用陨石了。在我国河北省藁城县的商代中期古墓(约公元前13世纪)中,发掘出一件铁刃铜戊。经研究证明,铜戊的铁刃是由八面体铁陨石锻制而成。在河南省浚县出土的商末周初(约公元前11世纪)的两件青铜武器,其铁刃和铁援部分也是用铁陨石锻制而成的。因此,中国是世界上最早用铁陨石制作武器和其他器物的国家。

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发表于 2013-1-2 20:30:00 | 显示全部楼层
陨石研究意义重大呀,,学习了,好贴

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发表于 2013-1-2 21:04:18 | 显示全部楼层
好资料啊,学习朗读了

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发表于 2013-1-2 21:08:51 | 显示全部楼层
王思潮研究员是我国陨石研究的奠基者之一,真正的大家!
这段文章,用凝练的文字讲述了原本深奥的陨石基础知识。对于初学者,它是一把开门的钥匙;对于爱好者,它是一架进阶的梯子。
这段文章,最大的意义在于,它告诉读者,陨石,纷杂而浩博的知识体系中,哪些是基础与核心。
感谢王思潮研究员的教导!感谢男子汉版主的分享!

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发表于 2013-1-2 21:31:40 | 显示全部楼层
版主做了一件非常有意义的事。赞一个!{:soso_e179:}{:soso_e179:}

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 楼主| 发表于 2013-1-3 14:14:11 | 显示全部楼层
赣南断层 发表于 2013-1-2 21:08
王思潮研究员是我国陨石研究的奠基者之一,真正的大家!
这段文章,用凝练的文字讲述了原本深奥的陨石基础 ...

应该做的{:soso_e100:}{:soso_e181:}
 楼主| 发表于 2013-1-3 14:15:41 | 显示全部楼层
偶是火星人 发表于 2013-1-2 21:31
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也希望众星友能多学点陨石知识{:soso_e128:}
发表于 2013-1-3 15:47:48 | 显示全部楼层
不槐是男子汉,很有意义的学习材料,学习了.
发表于 2013-1-3 18:33:47 | 显示全部楼层
学习了{:soso_e179:}{:soso_e160:}
发表于 2013-1-3 19:49:12 | 显示全部楼层
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发表于 2013-1-3 20:45:04 | 显示全部楼层
感谢王思潮研究员的教导!感谢男子汉版主的分享!
发表于 2013-1-3 20:47:41 | 显示全部楼层
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