我發(fā)現(xiàn)的第一塊南極隕石

□ 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 胡 森

我發(fā)現(xiàn)的第一塊南極隕石

□ 中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所 胡 森

南極為何會儲存大量的隕石

南極發(fā)現(xiàn)隕石可以追溯到1912年，但直到1969年在南極大和山發(fā)現(xiàn)隕石富集區(qū)之后，南極隕石回收數(shù)量才出現(xiàn)了指數(shù)增長。

根據(jù)在沙漠發(fā)現(xiàn)的隕石數(shù)量和面積，可以計算出隕石墜落到地球的通量為20克/106平方千米/年。然而，對于在幾平方千米的范圍內(nèi)就可以發(fā)現(xiàn)上千塊南極隕石的情況來說，這歸因于南極特殊的氣候和地質(zhì)背景。首先，南極干燥的環(huán)境有利于隕石長久保存，不會因地球風(fēng)化而消失；其次，南極由陸地組成，因其干燥寒冷的環(huán)境，其表面被積雪和藍(lán)冰（一種藍(lán)色的冰。積雪成冰后再經(jīng)過漫長時間的壓實才能形成藍(lán)冰，當(dāng)可見光穿過它時，由于藍(lán)色光波長較短，容易發(fā)生散射而呈藍(lán)色）覆蓋，隕石墜落到南極后，會隨著藍(lán)冰發(fā)生運移，當(dāng)碰到山體阻擋時，在山前區(qū)域的藍(lán)冰會發(fā)生明顯的消融，使隕石暴露在藍(lán)冰之上，因而可以解釋南極為何能在小范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)大量的隕石樣品。

南極隕石富集規(guī)律示意圖

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什么是南極隕石？

隕石是從太空墜落到地球的地外巖石，是太陽系形成和演化的“化石”。隕石墜落到地球時，其降落速度一般為10～20千米/秒，由于隕石高速穿過稠密的地球大氣摩擦生熱，在隕石表面會形成厚約1毫米的燒蝕層，常稱之為熔殼，這也是鑒別隕石的重要特征。同時，隕石因高速墜落地球，所以常?？梢钥吹交鹎驈奶炜栈^。除隕石外，還有不斷沉降到地球的地外塵埃，由于其粒度非常?。ㄎ⒚准壌笮。?，因而不容易被人們發(fā)覺，地球每天沉降的地外塵埃的總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過隕石的重量，可以在黃土中明顯檢測到這些地外塵埃的信號。

隕石根據(jù)發(fā)現(xiàn)的時間可以分為降落型隕石和發(fā)現(xiàn)型隕石。降落型隕石指隕石墜落后很快就被回收，如我國的吉林隕石、西寧隕石，這些樣品由于剛降落后就被回收，因而非常新鮮，是研究地外生命等課題的重要樣品。發(fā)現(xiàn)型隕石指降落到地球較長一段時間后才被人們發(fā)現(xiàn)的隕石，這些樣品或多或少地受到地球表面的風(fēng)化作用。根據(jù)發(fā)現(xiàn)隕石的地理位置，還有沙漠隕石和南極隕石兩種稱呼，分別說明是在沙漠和南極發(fā)現(xiàn)的隕石。目前，發(fā)現(xiàn)型隕石的數(shù)量已經(jīng)達到數(shù)萬塊，而且還在不斷攀升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于降落型隕石。

隕石一般以降落的地點或發(fā)現(xiàn)的地點來命名，如吉林隕石就是因該隕石雨主要降落在吉林省境內(nèi)命名。由于近幾十年以來在南極和沙漠發(fā)現(xiàn)了大量的隕石，而且隕石類型非常多，一般以地名+（年份）+編號的方式來命名。沙漠隕石以發(fā)現(xiàn)地點+編號來命名，如NWA 7034說明是在西北非洲發(fā)現(xiàn)的第7034塊隕石；南極隕石以發(fā)現(xiàn)地點+發(fā)現(xiàn)年代+編號來命名，如我國回收到的火星隕石GRV 020090，其名稱代表該塊隕石是2002年在南極格羅夫山發(fā)現(xiàn)的第90塊隕石。

我國南極隕石回收歷程

我國第15次南極科學(xué)考察隊于1998年在首次格羅夫山內(nèi)陸考察時發(fā)現(xiàn)了4塊隕石樣品。在隨后一年的格羅夫山內(nèi)陸考察中，又發(fā)現(xiàn)了28塊隕石樣品，其中還包括一塊火星隕石、一塊灶神星隕石和一塊橄欖隕鐵，確認(rèn)了格羅夫山是南極又一個隕石富集區(qū)。在接下來的4次格羅夫山考察中，分別收集到4448、5354、1618和583塊隕石樣品，合計從格羅夫山回收12035塊隕石。

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根據(jù)成因劃分隕石類型

隕石的數(shù)量雖然很龐大，但可以根據(jù)隕石的主要特征劃分為不同的類型，如以隕石中金屬（鐵紋石和鎳紋石）含量的高低，可以將隕石劃分為石隕石（金屬含量小于30%）、石鐵隕石（金屬含量30%～60%）和鐵隕石（金屬含量大于95%）。我國的吉林隕石就是典型的石隕石，東烏珠穆沁隕石是典型的石鐵隕石，南丹隕石是典型的鐵隕石。以隕石中金屬含量高低劃分隕石類型由于跟隕石的成因沒有密切聯(lián)系，因而目前主流的隕石分類方式是以隕石是否經(jīng)歷熔融分異將隕石劃分為未分異型隕石（球粒隕石）和分異型隕石兩大類（見上圖）。

未分異型隕石指隕石自形成以后沒有受到后期的巖漿分異作用，保持了隕石的初始特性，是太陽系早期形成的巖石標(biāo)本。根據(jù)這些特征，未分異型隕石其實就是球粒隕石，主要包括普通球粒隕石、碳質(zhì)球粒隕石和頑火輝石球粒隕石。這些隕石的礦物組合、金屬含量、硅酸鹽的FeO含量等均呈現(xiàn)有規(guī)律的分布特征，代表這些隕石在太陽系的形成位置有明顯的差異。如頑火輝石球粒隕石中鉀、鈉、鈣等元素常以硫化物的形式出現(xiàn)，說明其形成的位置非?？拷?，是在極其還原環(huán)境下形成；普通球粒隕石中可見約15%的金屬含量、硅酸鹽的FeO含量明顯高于頑火輝石球粒隕石，說明其形成的位置與頑火輝石球粒隕石相比更遠(yuǎn)離太陽；CM2型碳質(zhì)球粒隕石中可見大量的硅酸鹽發(fā)生了水蝕變作用，形成了大量的層狀硅酸鹽，說明其形成位置在太陽系的水線附近，更遠(yuǎn)離太陽。不同類型的球粒隕石根據(jù)金屬含量、硅酸鹽FeO含量、化學(xué)成分等還可以再細(xì)分為不同的化學(xué)群，如普通球粒隕石有高鐵（H）、低鐵（L）和低鐵低金屬（LL）三個化學(xué)群，頑火輝石球粒隕石有高鐵（EH）和低鐵（EL）兩個化學(xué)群，碳質(zhì)球粒隕石有CI、CM、CO、CV、CK、CR、CH、CB等化學(xué)群，最近一些研究發(fā)現(xiàn)，球粒隕石中還有少量的特殊球粒隕石，暫時劃分為K群和R群。

分異型隕石均遭受過后期的熔融分異，主要包括無球粒隕石、石鐵隕石和鐵隕石，這三類隕石與地球的圈層結(jié)構(gòu)存在相似的對應(yīng)關(guān)系，如鐵隕石相當(dāng)于地核，橄欖隕鐵（石鐵隕石的一種）相當(dāng)于核幔邊界，無球粒隕石相當(dāng)于地球的硅酸鹽。無球粒隕石中包含月球隕石（玄武巖質(zhì)、斜長巖質(zhì)和混合巖質(zhì)）、火星隕石（斜方輝巖、純橄巖、輝橄巖、玄武巖、含橄欖石斑晶玄武巖、二輝橄欖巖和最新發(fā)現(xiàn)的表土角礫巖）、灶神星隕石（古銅鈣長無球粒隕石、鈣長輝長無球粒隕石和奧長古銅無球粒隕石）、原始無球粒隕石（Acapulcoites、Lodranites、Wionaites和Brachites）和其他類型（頑輝無球粒隕石、橄輝無球粒隕石和普通輝石無球粒隕石）。石鐵隕石包括兩個化學(xué)群——中鐵隕石和橄欖隕鐵。鐵隕石根據(jù)微量元素劃分為12個不同的化學(xué)群（IAB、IC、IIAB、IICD、IIE、IIF、IIIAB、IIICD、IIIE、IIIF、IVA和IVB）。

圖（a）：1號營地遠(yuǎn)眺梅森峰，距離營地直線距離約3千米，紅色和黃色圈出區(qū)域為（b）和（c）圖的位置。圖（b）：在梅森鋒南側(cè)下方碎石帶中搜尋隕石，可見大量的原地剝落巖石和少量的外來搬運巖石。圖（c）：26次隊發(fā)現(xiàn)的第一塊隕石，黃色虛線圈出的為隕石，后被證實為普通球粒隕石。

我發(fā)現(xiàn)的第一塊隕石

2009年10月，我登上了中國南極科考船——“雪龍?zhí)枴?，這是中國第26次南極科學(xué)考察，更是我的第一次南極科考之旅，我的主要任務(wù)是負(fù)責(zé)南極格羅夫山地區(qū)的隕石回收工作。雖然在此之前我接觸過上千塊南極隕石，但是能親手發(fā)現(xiàn)一塊隕石，卻是我從事隕石研究工作以來最大的愿望。“雪龍?zhí)枴苯?jīng)過兩個多月的海上航行、靠岸補給和物資準(zhǔn)備之后，終于在2009年12月29號抵達1號營地（格羅夫山梅森峰附近），隨著“雪龍?zhí)枴钡目堪段业膲粝刖鸵鸷搅恕欢ㄒ獡斓诫E石。在此次格羅夫山考察隊中，除了我，還有9位隊員，分別來自高校、研究所和媒體單位，其中有兩位隊友就曾經(jīng)在格羅夫山地區(qū)撿到過不少隕石，一位是隊長黃費新博士，他之前參加過兩次格羅夫山考察；另一位是首席機械師李金雁師傅，他參加了所有的格羅夫山內(nèi)陸考察任務(wù)。之前的工作已經(jīng)讓他們積累了一定的經(jīng)驗，在這兩位前輩的帶領(lǐng)下，當(dāng)時的我信心滿滿。

12月29號扎營完畢后，隊長帶領(lǐng)我們向梅森峰挺進，梅森峰是格羅夫山露出冰面規(guī)模最大的山體，在其周圍可見大量的原地剝離的巖石以及少量沉積巖、麻礫巖等外來巖石，這些現(xiàn)象暗示著梅森峰可能存在隕石。我們決定先往梅森峰西側(cè)勘查，目的有兩個，一是調(diào)查是否可以找到攀登梅森峰的路徑，進而采集峰頂?shù)膸r石；二是試探性地尋找隕石。經(jīng)過一天的尋覓，我們沒有任何收獲，尋找隕石也需要天時地利，前幾次的考察隊在梅森峰附近的碎石帶和藍(lán)冰上也搜索過隕石，但終因天氣和時間的原因沒有找到隕石，但是我們并沒有氣餒，因為這才只是一個開始，回到營地后，隊長決定在梅森峰南側(cè)的碎石帶（圖a）中再考察一天，對梅森峰開展地質(zhì)、孢粉、測繪和隕石搜集任務(wù)。

12月30日，我們來到梅森峰南側(cè)碎石帶，這里堆滿了大量的原地碎石（圖b），在其中搜尋隕石無異于大海撈針。首先，碎石帶中大量的碎石不利搜尋，讓人眼花繚亂的碎石往往會讓我們錯過甚至難以分辨出隕石；其次，隕石的搜集工作完全需要徒步進行，除了自己的雙腿和雙眼，沒有其他任何工具可以使用，所以在梅森峰這樣的碎石帶中搜索隕石不僅要消耗大量體力和視力，更消磨著人的耐心和毅力。但是我一直在鼓勵自己，我相信自己的推理，這里一定有隕石，一定是我們錯過了，一定還是緣分不到。但是時間過去了很久，我沒有任何發(fā)現(xiàn)，隊友們也沒有發(fā)現(xiàn)。在這種情況下，我開始有點信心不足，是不是這里沒有隕石，是不是我們的搜尋范圍和方向不恰當(dāng)？于是，我們停了下來，調(diào)整了一下搜尋范圍和方向，我們將平行梅森峰搜尋隕石的線路調(diào)整為垂直線路，這樣或許可以發(fā)現(xiàn)一些外來巖石距離梅森峰遠(yuǎn)近的分布特征，反過來為搜尋隕石提供線索。在接下來的時間，我在碎石帶中來回搜索，仍然沒有新發(fā)現(xiàn)，我找到經(jīng)驗豐富的李金雁師傅聊了一會兒，他說，“在這樣的碎石帶中找到隕石難度確實很大”，少聊片刻后我們又各自分散繼續(xù)搜索隕石。大家心里都知道，如果能在梅森峰找到隕石，不僅是第26次隊發(fā)現(xiàn)的第一塊隕石，也是在梅森峰發(fā)現(xiàn)的第一塊隕石，將是非常有意義的。我們在梅森峰西側(cè)碎石帶沒有任何發(fā)現(xiàn)，于是轉(zhuǎn)到碎石帶最東側(cè)區(qū)域（圖a中黃色框出區(qū)域），經(jīng)過半天的搜尋依然沒有發(fā)現(xiàn)，時間已經(jīng)是下午了，整個碎石帶的搜索任務(wù)已經(jīng)接近尾聲，大家也都已經(jīng)筋疲力盡了，而就在我感到最絕望的時候，一塊異樣的石頭突然出現(xiàn)在我視線里，它比其他石頭都黑一些，還帶點褐色。當(dāng)我走近觀察后，越來越覺得這塊石頭像隕石。為了看得更清楚，我摘掉了太陽鏡（南極的紫外線特別強，要時刻帶著太陽鏡），這下更像隕石了！為了確認(rèn)是否是隕石，我趴在地上看，直到看到上面還殘留部分熔殼后，我才最終確認(rèn)這寶貝絕對是隕石，這真是絕處逢生，柳暗花明啊。之后我迫不及待地用對講機通知大家：“我找到隕石了！”那一刻，我高興得像個孩子。這是我在南極格羅夫山發(fā)現(xiàn)的第一塊隕石，也是南極科考隊第一次在格羅夫山梅森峰發(fā)現(xiàn)的隕石。

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如何鑒定隕石？

1.熔殼和氣印

熔殼是隕石最典型的特征。隕石墜地過程必然要高速穿過地球大氣，與大氣高速摩擦產(chǎn)生的高溫會使隕石表面發(fā)生熔融，形成厚約1mm厚的熔殼，常呈黑色（特別提示：黑色外表不等于熔殼）。所有降落型隕石表面必然保存經(jīng)過大氣層形成的黑色熔殼，但隨著居地年齡（隕石落地至被發(fā)現(xiàn)的時間跨度）增加，隕石必然會遭受地球風(fēng)化作用，熔殼會逐漸消失，特別是風(fēng)化嚴(yán)重的沙漠隕石幾乎都沒有熔殼。此外，在熔殼冷卻的過程中，空氣流動在隕石表面吹過的痕跡也保留下來，叫“氣印”。氣印的樣子很像在面團上按出的手指印。熔殼和氣印是鑒定隕石的最主要特征之一。

2011年降落在摩洛哥的火星隕石Tissint，可見清晰的黑色熔殼和氣印，圖中黑色參考物為1.2厘米

2.球粒結(jié)構(gòu)

統(tǒng)計國際隕石協(xié)會數(shù)據(jù)庫中的隕石類型可發(fā)現(xiàn)，約80%的隕石為球粒隕石。球粒是太陽系早期星云冷凝形成的球狀硅酸鹽集合體（橄欖石、輝石和長石），具有圓形的輪廓，因而球粒結(jié)構(gòu)是鑒別隕石的主要特征之一，但不是充分條件，如地球的鮞狀灰?guī)r，其形態(tài)就是圓形，但不代表它是隕石。

左：我國湖南荷葉塘隕石中的球粒。在背散射電子圖像下，可見清晰的爐條狀球粒（黃虛線圈出區(qū)域）。

右：我國湖南荷葉塘隕石中的球粒。在背散射電子圖像下，可見清晰的斑狀橄欖石球粒（黃虛線圈出區(qū)域）。

3.金屬

除少數(shù)無球粒隕石外，其他絕大部分隕石都含有金屬，因而使用磁鐵靠近隕石時會感覺到隕石和磁鐵間有吸力。由于地球上有大量的礦物也會與磁鐵相互作用，所以磁性不是判別隕石的充分條件。另外，隕石會記錄其形成時的太陽系磁場強度，人為的磁性判別過程往往會使隕石重磁化，導(dǎo)致重要的磁性信息重置，因而從科學(xué)角度出發(fā)，還應(yīng)避免這種判別，最好的辦法是將樣品切割開后到顯微鏡下觀察是否有金屬顆粒。隕石中的金屬與地球的鋼材有明顯的差異，隕石中的金屬主要為鐵紋石和鎳紋石，相當(dāng)于地核在高溫下緩慢冷卻結(jié)晶形成的礦物，鐵紋石Ni含量約6%，鎳紋石的Ni含量一般大于15%；而地球的鋼材往往只有一種形態(tài)，其中還常含有大量的C、Si等雜質(zhì)。對于鐵隕石，其密度與地球的鋼材相當(dāng)，由于鐵隕石主要由鐵紋石和鎳紋石組成，兩者在顯微鏡下的反射率及抗酸腐蝕的能力會有差異，?？梢钥吹矫靼禇l紋，稱之為維氏臺登結(jié)構(gòu)，是鐵隕石獨有的特征。

烏拉斯臺鐵隕石的維氏臺登結(jié)構(gòu)

我國從南極回收到的3型普通球粒隕石（GRV 050002），在正交偏光顯微鏡下可見清晰的爐條狀球粒（白色虛線圈出區(qū)域）。

中國南極隕石回收后全部儲存在中國極地研究中心的冰庫中，盡量保持和南極相同的溫度和濕度環(huán)境，這有利于隕石的長期保存。隕石回國后急需開展的工作是基礎(chǔ)分類，確定從南極回收的這些隕石是哪種類型的隕石標(biāo)本。目前，已經(jīng)有2732塊格羅夫山隕石完成了基礎(chǔ)分類并通過了國際隕石協(xié)會的命名，所有完成基礎(chǔ)分類的隕石樣品對全世界共享。在已經(jīng)完成基礎(chǔ)分類的隕石中，發(fā)現(xiàn)其中兩塊樣品為火星隕石，分別是GRV 99027和GRV 020090，還有少量的來自灶神星的隕石、富含金剛石的橄輝無球粒隕石、原始無球粒隕石、頑火輝石球粒隕石、碳質(zhì)球粒隕石和大量的普通球粒隕石，詳情可登錄中國極地研究中心極地標(biāo)本資源共享平臺進行查詢（http://birds.chinare.org.cn/ index/）。