火星陨石种类划分与化学群簇关系 作者：天体帝国陨星
火星陨石，它是在行星火星上形成的岩石，但因为被小行星或彗星撞击而从火星抛射出并坠落到地球上的岩石。这些陨石被认为来自火星，是因为它们与探测器在火星上分析的岩石和气体有着相似的化学组分等。火星陨石脱离火星地表后的一些过程与经历也如同月球陨石一样，它们都是受到外力撞击的影响而脱离了行星母体，一些火星岩石被溅出火星引力外后，在太空中漂浮游荡了很长时间，它在经过地球时被地球的磁场引力所捕获。火星陨石通常也被称为SNC化学群陨石，因为它们之间的同位素比值几乎是相互一致的。但它们和地球成因的一些岩石看似相同却不同，因为在陨石岩相中捕获的气体成分与火星探测器测定的火星大气成分基本相符，该混合气体中最主要的成分是二氧化碳CO2，所以确信它们都是从火星上来的，因为它们具有火星大气岩石成因的一些显著特征。如果其它类型陨石中没有高浓度的二氧化碳存在，它可能就不是来自火星上岩石。火星陨石的种类也是根据其不同的岩相、结构、物理与化学性质进行划分的，已被划分的SNC化学群火星陨石类型有：辉玻无球粒陨石、辉橄无球粒陨石与纯橄无球粒陨石，以及其它斜方辉石类型的火星陨石等。
各种SNC化学群类型的火星陨石其元素丰度十分相似。各火星陨石之间它们都有着紧密的共性关系，比如它们包含的一些次相物质中，都常含有一些少量的磁铁矿、铬铁矿、钛铁矿等铁氧化物矿物。它们也含有硫化铁矿物为磁黄铁矿和陨硫铁等。其中辉石和橄榄石矿物中具有富Fe（铁）与Mn（锰）也是比较独特的。火星陨石是火山或次火山和火成岩类型的岩石，其年轻的结晶年龄（1.3Ca及可能为～180Ma）和高度分馏物质组成表明，认为它们可能是来自一颗较大且地质活跃的行星体，其独特的氧同位素组成及FeO/MnO比值，表明它们不是来自地球和月球上的岩石。一些辉玻无球粒陨石冲击产生的玻璃之氮和稀有气体同位素组成与火星大气相似，所以可以推测它们都是来自火星上的岩石。辉玻无球粒火星陨石又称休格地陨石，因为第一颗辉玻无球粒火星陨石是于1865年坠落在印度的休格地。因岩相中的辉石与长石及玄武岩结构与构造特征明显，所以它们很类似地球火山成因玄武岩，它通常被划分为玄武岩质和二辉橄榄岩质辉玻无球粒火星陨石。玄武岩质火星陨石，是富镁-铁质到超镁铁质的火成岩，其主要矿物由单斜辉石（易变辉石和普通辉石）及残留的斜长石（冲击产生的玻璃或熔长石）组成。辉玻无球粒火星陨石具有辉绿岩结构特点，其橄榄石较缺失且比较贫镁，表明它们是由分馏的岩浆结晶而成的。许多玄武岩质火星陨石含堆积状的辉石，并呈叶状结构，认为它们是在火星近表面岩脉或岩流中晶体的堆积作用而造成，但有一些玄武岩质火星陨石的斜长石含量较高，可代表火星陨石中的大部分物质组分。
二辉橄榄岩质火星陨石，为富镁橄榄石、单斜辉石与铬铁矿堆积岩，并以包裹橄榄石及铬铁矿的镶嵌状易变辉石为特征，斜方辉石和斜长石的比例低，其橄榄岩矿物比大多数其它玄武质火星陨石中的Mg／Fe比值要高。二辉橄榄岩质火星陨石的岩相中有细粒富铁橄榄石、易变辉石、普通辉石、熔长石及其它晚期形成的玻璃态等间隙充填物，其主要矿物学与早期岩浆结晶作用是一致的。它们具有玄武岩质火星陨石的结晶顺序，故划分为二辉橄榄岩质火星陨石或火星二辉橄榄岩。玄武岩质火星陨石，常由两个不同的岩性组成，一个岩性为不同于玄武岩质的火星陨石，也不同于二辉橄榄岩质火星陨石，但它们具有斑状结构，常由橄榄石巨晶、斜方辉石、铬铁矿及细粒易变辉石与斜长石基质构成。另一个岩性为单斜辉石与斜长石岩石，但很类似其它一些类型的玄武岩质火星陨石。后发现的一些玄武岩质火星陨石由于富橄榄石及具斑状的岩性组成，它已经被命名为橄榄石-斑状辉玻无球粒陨石，即橄辉无球粒火星陨石。大多数的玄武岩质类型火星陨石其矿物组成很类似于火星表面的组合物，因此这些玄武岩质火星陨石也是比较具有代表性的样品，因为它们是能反映火星地壳与地表性质的样品。它们的矿物组成特征，如低Al含量和高Fe含量反映出了火星和地球化学成分的差异性。
辉橄无球粒陨石又称单斜辉石岩类型火星陨石，它们主要由普通辉石及少量的富铁橄榄石矿物组成，其粗粒结构和普通辉石中常具有出溶层纹特征，这种现象多是岩浆缓慢冷却的结果。它们具有堆积岩的特征与性质，辉橄无球粒陨石常含由一些辐射状晶质的斜长石，次相矿物有易变辉石、富铁普通辉石、富钛磁铁矿、黄铁矿、陨硫铁、氯磷灰石等，也常有少许的富硅玻璃物质充填在一些矿物的间隙中。在个别风化型辉橄无球粒陨石样品的岩相细脉中，也发现过有少许的粘土与菱铁矿存在，有学者认为火星陨石中发现了铁的碳酸盐矿物，说明其火星上的母岩曾存在被水化过的迹象，但岩相细脉中的碳酸盐矿物也有可能是坠地后期形成的，因为一些风化型陨石坠入地球地表土层中后，在低氧的地球土层中长期受地表水的浸蚀与风化作用下，其岩相裂隙中也常会出现少许外生成因的碳酸盐矿物。纯橄无球粒陨石又称纯橄榄岩类型火星陨石，它们主要由橄榄石、铬铁矿与橄榄岩基质组成的堆积岩，常由85%左右的橄榄石，6%左右的辉石，3%左右的长石（熔长石）及3%左右的其它次相矿物组成，橄榄石熔融包体中常有含水的角闪石，它们可能是在相对较高的氧化条件下形成的。
斜方辉石岩类型火星陨石又称ALH类型火星陨石，它是依一颗在南极艾伦山发现的ALH84001陨石而命名的，该陨石曾划分为HED族的辉石岩。ALH84001是一个独特的火星堆积型斜方辉石岩，研究发现其结晶年龄在4.5亿年左右，因此，它具有古火星地壳物质熔融形成的岩石特质，所以认定它是一块来自火星上的古老岩石。因研究人员在ALH84001陨石中发现了纳米级的生物化石物质，被发现者称之是第一块来自其它星球上的生物化石样本。ALH84001陨石中发现的细菌生物体化石是非常微小的，是几乎看不见的类似于原始细菌的生物体化石，有些化石呈卵形，有些呈管状，但令人惊奇的是，它们同地球上的一些细菌及其他微生物化石非常相似。ALH84001陨石中发现的化石非常小，最大者尺度也只有人的头发丝宽度的1/100，而且大多数都只及最大者的1/10大小。ALH84001陨石中发现了细菌化石在学术界也存在很大的争议，也有一些学者认为该陨石岩相中的细菌化石可能是坠地后期形成的，争议来争议去ALH84001陨石却成了一颗轰动世界的火星陨石。有学者评价“不管怎样争议，它也是人类第一次在陨石中发现了与火星相关的有机分子”。
ALH84001火星陨石为粗粒岩石，主要由可达5～6毫米长的斜方辉石晶体构成，晶体呈多边形粒状镶嵌在基质中，全岩斜方辉石矿物含量可高达95%左右，辉石组分中还含有1.5%左右的氧化钙成分，片晶镜下观察辉石矿物没发现有出溶特征。ALH84001火星陨石中的次相矿物主要有铬铁矿、斜长石、熔长石、磷酸盐、橄榄石、普通辉石、黄铁矿与碳酸盐等矿物组成。ALH84001陨石的岩相有一部分矿物已出现了氧化特征，一些较小呈黑色不规则斑块状的铬铁矿颗粒杂乱分散在整个岩相基质中，且岩相中有许多细小的裂缝存在。较粗粒的辉石矿物呈碎裂状，许多斜方辉石和铬铁矿晶体出现了沿裂缝偏移现象。ALH84001陨石的矿物学和岩石学特征与其它SNC类型的火星陨石非常一致。ALH84001被认为是太阳系最古老的石头，形成于40亿年之前左右，大概在1.5亿年之前受撞击脱离火星，在经历漫长的星际旅行之后，在13000年之前到达地球。当时，它呼啸穿过地球的大气层，坠落在南极洲的冰天雪地上，冰层运动将其带上了地表，终于在1984年12月27日被探险家发现。根据一项对其宇宙射线暴露情况的研究表明，在坠落之前，它一直以紊乱的轨道环绕太阳运行了1600万年左右。一开始以为这块陨石是来自一颗灶神星，但后来研究证实其是来自火星上的。
一些火星陨石中富含的橄榄石、辉石和斜长石等主要矿物，它们受各种形成因素影响其在化学组分上也存在一些变化，每个火星陨石中的矿物组成和化学组分上都存在一些差异性，因为它们都经历了类似相同而又不同的成因变化，比如各种不同类型的火星陨石，它们从母体成因、演化、逃逸、遨游、坠落、熔融与冲击，再到分离结晶与冷却凝固等过程中，其在形成条件与演化过程上的不同，它们各自在岩相结构、矿物组成、化学组分、物质变化和成岩机理上也存在一些差异性。已知的四种火星陨石其岩石类型、矿物组成与结构模式上都有着明显的不同之处。辉玻岩石类型火星陨石主要由近似等量的易变辉石和普通辉石,再加熔长石组成,并含有少量橄榄石和粒间充填物。该类火星陨石中富含的橄榄石含量明显大于辉石的总量。此外,个别由A、B两种岩性组成的辉玻无球粒陨石,其中岩性A以含cm级大小的俘虏体为特征,该俘虏体由粗粒斜方辉石、橄榄石及少量铬铁矿组成。辉橄岩类型火星陨石主相矿物由普通辉石、橄榄石和粒间充填物组成,另含有少量熔长石及易变辉石。纯橄火星陨石主要含有橄榄石,次相矿物含有少量的辉石、熔长石和铬铁矿等,但粒间充填物相对较少。斜方辉岩火星陨石（ALH84001类型）主要由斜方辉石以及少量的铬铁矿、熔长石、普通辉石和橄榄石等组成。
火星陨石中均含有少量的不透明矿物相,最常见的是磁铁矿或铬铁矿,前者主要分布于辉玻岩和辉橄岩类型火星陨石中,而后者主要分布于纯橄岩及斜方辉岩类型火星陨石中,也极少量出现于部分辉玻火星陨石中。火星陨石中含有的其它副矿物有白磷钙矿、磷灰石、磁黄铁矿、陨硫铁、镍黄铁矿、黄铜矿、钛铁矿、金红石、铁尖晶石、铁闪石和斜锆石等。部分火星陨石中还发现了极少量的碳酸盐和硫酸盐类物质，一些碳酸盐和硫酸盐类物质它们存在有两种形成的可能，一种是坠落到地球后期风化作用成因的，另一种有学者主张可能是地外成因的，目前一些碳酸盐和硫酸盐类物质在火星中的形成原因还尚存争议。有的辉橄火星陨石中还出现有少许的伊丁石，它们多是沿橄榄石边缘、裂隙或粒间充填物中可见伊丁石产出。黄铁矿在其它无球粒陨石中极少见,但它常少许产于辉橄无球粒火星陨石、纯橄无球粒火星陨石和斜方辉石岩类型火星陨石中。火星陨石在结构上以火成堆积最常见,堆积晶主要为毫米级粗粒、自形或半自形的辉石、橄榄石与熔长石及各种不透明矿物相充填于粒隙中。在一些火星陨石中(如辉橄岩类火星陨石)柱状辉石还具有定向排列趋势。在ALH84001陨石中橄榄石呈5～10微米级细粒分散包裹于斜方辉石晶体中。此外,部分火星陨石除火成堆积结构外,在其它区域还可见镶嵌结构或变质结构,如在ALHA77005和纯橄岩等火星陨石的一些部分岩相中,自形、半自形橄榄石和毫米级大小的铬铁矿包裹于毫米级粗粒辉石晶相中,纯橄无球粒火星陨石部分区域中的橄榄石、ALH84001陨石中的斜方辉石以120°夹角接触。
所有火星陨石中的斜长石因高温熔融而出现熔长石化,但在部分火星陨石中熔长石也有重结晶现象。在各种不同类型的火星陨石岩相中，还呈现出不同程度的冲击与变质特征。在辉玻火星陨石中,岩相中的硅酸盐矿物常出现有破碎、波状消光、机械双晶以及冲击熔融等现象。在ALHA77005及LEW 88516陨石中还存在有冲击熔融瘤体及脉体,它们是该岩石类型中受冲击最强烈的样品。纯橄火星陨石中的硅酸盐类矿物多具有波状消光现象。一些辉橄火星陨石除出现熔长石化外,基本上不具有其它明显的冲击特征。冲击破碎带结构仅见于斜方辉岩类型火星陨石中（如ALH84001陨石）,其破碎带是由细粒斜方辉石和呈30微米级左右的铬铁矿组成，由于ALH84001火星陨石的岩相结构与化学组分比较特殊，其通常也被放置在特别的“OPX”陨石群中。此外,斜方辉岩类型火星陨石其岩相中的硅酸盐矿物还有波状消光现象。尽管火星陨石均受到不同程度的冲击与变质作用,但尚未见到具有角砾构造的火星陨石出现,而具有角砾构造的陨石多为月球陨石，但具有角砾构造的陨石在其它无球粒陨石中也很常见。EET A79001虽然由 A、B两种岩性组成,但它们之间呈火成接触关系。火星陨石中磷酸盐是一种重要的副矿物，主要有磷灰石和白磷钙矿。在辉玻岩和辉橄岩类型中以磷灰岩为主，而在纯橄岩和斜方辉石岩类型中以白磷钙矿为主。磷灰石在化学组成上以富Cl为特征。
火星陨石轻元素及捕获稀有气体同位素组成特征，一些火星陨石中含有少量的角闪石、伊丁石以及碳酸盐和硫酸盐，表明火星上曾有液态水的存在。在一些纯橄和辉玻无球粒陨石的熔融包裹体中，其角闪石的氢同位素分析结果表明，纯橄无球粒陨石中的角闪石δD值变化很大,并具富氘组分(+501～1420‰)，明显不同于辉玻无球粒陨石铁闪石的δD值(- 80±31‰)。纯橄火星陨石中的角闪石氢同位素组成特征及其与辉橄火星陨石中夹杂的一些地外风化产物，其氢同位素组成具有非常相似性，表明含水流体对纯橄火星陨石的影响。有学者通过阶段加热(150℃,350℃,600℃,1000℃)研究了部分火星陨石全岩析出水的氧同位素组成，分析结果表明，除 EET A79001陨石岩性A及辉玻无球粒陨石外，其它火星陨石样品≥350℃析出的水均含有明显的16O过剩(Δ17O=-0.4～-0.8‰)，表明有地外来源水的存在。火星陨石大都是来自同一氧同位素源区,其Δ17O值高于地球和月球样品,但低于各类普通球粒陨石。对辉玻岩类火星陨石的分段燃烧实验结果表明该类陨石具有十分复杂的碳组分。其低温产物(200～500℃)由两种类型组分构成，一种富13C,可能与母体风化产生的碳酸盐有关,另一组分较轻，其来源不清楚，可能与冲击事件相关。对于高温组分,全部样品均含岩浆成因的碳组分(δ13C=-27～-33‰)，并且部分样品含火星大气中捕获的CO2(δ13C≥+15‰)。有陨石研究学者指出，虽然火星陨石的大部分碳可能是来自地球的污染，但 EET A79001陨石岩性A中的俘虏体含4.6ppm富δ13C组分(δ13C=+36‰)，其组成落在海盗号对火星大气的测量误差范围之内，并且其相对于稀有气体和N2的丰度也与火星大气相一致。
此外,辉橄火星陨石中还发现富13C的低温碳组分，可能为火星大气风化形成的碳酸盐(δ13C=+12- +24‰)。通过对ALH84001火星陨石的研究表明,该陨石中同样存在有机碳(δ13(δ13C=+0.8‰)和岩浆岩碳(δ13C=+40.1‰)三种类型的碳组分。EET A79001陨石中捕获N2及稀有气体Ar的同位素比值(15 N /14 N-40 Ar/14N) 落在火星大气与地球大气的混合线上,这也是SN C陨石火星成因最直接的证据之一。此外,14N,40Ar,36Ar,20Ne,84Kr,132Xe等相对丰度均落在火星大气的组成范围之内。然而,有陨石研究学者随后对EETA79001岩性A及辉玻火星陨石的研究却未发现火星大气组分存在的证据,这可能反映了火星大气组分在火星陨石中的不均一分布。也有陨石研究学者对一些火星陨石中捕获稀有气体的研究表明,EET A79001陨石玻璃36Ar/132Xe-84Kr/132Xe比值落在火星与地球大气的混合线上,但辉橄火星陨石及纯橄火星陨石则要求火星大气比其表面岩石含更高的放射性成因129Xe和散裂成因Xe,这种情况与地球上正好相反。LEW 88516和辉玻火星陨石的129Xe/132Xe-84Kr/132Xe比值可解释为火星大气与纯橄火星陨石的简单混合,但Zagami和LEW 88516火星陨石在1200℃析出的组分明显低于该混合线,特别是LEW 88516陨石在1200℃析出的组分,几乎不含放射性成因129Xe*。
火星陨石的颜色，有些人认为火星陨石可能是红色或绿色的，事实上没有发现火星陨石的熔壳是呈红色或棕红色的，一些新鲜的火星陨石熔壳多是呈黑色或灰黑色的。火星陨石熔壳有的还会出现龟裂、皱纹与凸斑现象。但一些坠地较久的火星陨石，因受撞击、长期受风沙磨砺与水蚀风化等作用影响下，一些陨石的熔壳也会出现大面积缺失、全部脱落或被风沙全部消融掉，熔壳脱落后的火星陨石质地多呈浅绿色、灰色、卡其灰色、黑色、淡黄色与粘土色等。熔壳脱落后的火星陨石很容易和一些地球火山成因的变质玄武质岩、热液接触型砂岩与斑岩等混淆，也会常把一些绿泥石、阳起石、绿帘石和蛇纹石等误认是火星陨石。火星陨石因经历了高温熔融、冲击压力与变质作用，火星陨石的破碎或残缺处常可见到一些击变形成的熔长石、斜长石或长石玻璃物质，这类长石物质在灯光或阳光的照射下常会出现闪光。在民间有一些人喜欢用磁铁来测试疑似陨石是否具有磁性吸附力，模糊的认为不管什么石头只要有磁性就可能是疑似陨石或陨石，石头没有测试出有磁性就统统扔一边，实不知一些人的做法是错误的，因为一些人用磁性盲目的判断是不是陨石是不科学的。我们知道大多数的铁陨石、石铁陨石和普通球粒陨石因金属含量较多的缘故，它们很容易被磁铁吸附住。然而，月球和火星陨石或其它一些无球粒陨石的金属含量是极低的，有的陨石中根本就没含有金属矿物，所以它们有的磁性较弱或有的则根本就没有磁性。同时，地球成因的一些各种陆地岩石中也含有大量的磁性金属矿物，所以仅用有没有磁性来区分它们是不是陨石其也是靠不住的。
火星陨石在外貌特征与成因产状上很接近一些地球成因的火山岩，如浅层火山岩、深层火山岩、喷出岩与次火山岩等。保留有一些熔壳的火星陨石被人们发现的几率比较大，但熔壳缺失与完全消融后的火星陨石被人们发现的几率相对较小，因为，熔壳缺失与完全消融后的火星陨石与地球成因的一些火山岩，其结构、构造、颜色与晶质都比较近似。虽然自然界中的岩石种类非常繁多，并且在各类之间存在许多过渡类型的岩石，但只要进行细致的观察就会有所发现。比如，我们可从疑似陨石的残缺或破损处进行初辨，即可从其结晶程度、晶质变化、新鲜面与风化面、结构与构造、熔融与冷凝迹象、岩石形态等方面进行观察，也要考虑疑似陨石的次生变化、发现的地质与地貌等因素。火星陨石的鉴定与确认最终还需要通过国家权威实验室的科学检测，我们的陨石研究人员可借助X衍射、透电镜、电子探针与同位素质谱等专业仪器进行系统的检测与分析，通过对疑似陨石的岩相结构与构造、矿物组合、化学组分与同位素值差异等方面进行特殊的鉴定分析，从而可科学有效的得出准确的鉴定结论。
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发表于 2015-12-31 13:38:48