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1/4,另外3/10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。