我在南極的尋獵隕石之旅

繆秉魁

隊員們深夜在藍冰凹地中找隕石。南極極晝時期，深夜的天空像是黃昏時分。

南極是地球上最神奇的大陸，整個1300多萬平方千米的大陸完全被冰層覆蓋，這里也是世界上隕石最富集的地區(qū)。中國擁有的南極隕石數(shù)量居世界前列，是僅次于日本、美國的世界隕石大國。眾所周知，隕石非常罕見，隔幾年才會有隕石降落的報道。那么，南極為什么會出現(xiàn)那么多隕石？難道是因為地球磁場作用，隕石在降落時被吸引到南極了嗎？

南極隕石的由來

早在18世紀，為了尋找地球南方大陸，英國航海家詹姆斯·庫克就開始了南極探險。1839年法國探險家迪蒙·迪爾威爾首次踏上了南極大陸。直到1900年，英國極地探險家羅伯特·福爾肯·斯科特才真正開始了南極考察。在早期半個世紀的南極考察中，共有4次發(fā)現(xiàn)了隕石，其中有一塊發(fā)現(xiàn)于藍冰上，這些隕石都被認為是直接降落下來后被人們發(fā)現(xiàn)的。

考察隊員在挖雪找隕石。

藍冰上的隕石，隕石下方有一條白色的雪尾巴。大的藍冰型隕石常有雪尾巴，它能指示風向，因為它在隕石的背風面。

1969年，日本南極科考隊在東南極冰蓋Yamato地區(qū)的一片藍冰上發(fā)現(xiàn)了9塊隕石，當時他們認為這些隕石來自于一場隕石雨，但是后來分析表明，這些隕石屬于不同的隕石類型，毫無疑問，不是隕石雨。會不會9次隕石降落發(fā)生在同一地點呢？根據(jù)歷史上隕石降落分布的規(guī)律，這種可能性微乎其微。是冰川流動把不同時間、降落在不同地方的隕石“搬運”到這里。于是，南極冰蓋富集隕石的規(guī)律被發(fā)現(xiàn)了。

這個規(guī)律為后來在南極發(fā)現(xiàn)大量隕石提供了理論依據(jù)。事實證明，南極是隕石寶庫，這9塊隕石的發(fā)現(xiàn)揭開了南極隕石考察的序幕，為提高南極考察的科學價值發(fā)揮了重要作用。這位發(fā)現(xiàn)者是日本的地質學家吉田（M. Yoshida）先生，他先后參加南極考察20多次，也曾多次面臨墜落冰崖的危險。據(jù)他描述，“南極藍冰表面上非常干凈，很少看到石頭這類東西。當時，我們在進行地形測繪工作，發(fā)現(xiàn)了一些黑乎乎的石頭，我是研究地質的，對巖石樣品非常感興趣，但不認識這些石頭，所以就猜測會不會是天外來客——隕石?！?考察結束后，一共發(fā)現(xiàn)的9塊樣品經(jīng)實驗室分析，被證明是隕石。此后，日本南極科考隊開啟了隕石搜尋活動，經(jīng)過半個世紀的隕石考察，日本現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)近2萬塊南極隕石，成為第一個南極隕石大國。

另一個南極隕石大國是美國。美國南極隕石的搜尋離不開地質學家威廉·卡西迪（William A. Cassidy）?？ㄎ鞯系目茖W敏銳性非常強，在一次國際會議上，當他聽到關于日本發(fā)現(xiàn)9塊南極隕石的報告時，就意識到南極將是一個隕石寶庫，他立馬下定決心，一邊聽報告，一邊構思組隊去南極找隕石。雖然在申報南極隕石項目過程中遭到不少科學家的反對，但后來日本新發(fā)現(xiàn)數(shù)百塊隕石的事實和他的極力堅持，使得1971年他最終得到了美國自然科學基金的支持并開始組隊，開啟了美國南極隕石項目（ANSMET）。他們每年不間斷地進行隕石考察，至今收集了2萬多塊隕石。因此，美國和日本成為擁有南極隕石最多的國家。受美國南極考察隊的邀請，筆者曾于2009、2010年參加過ANSMET項目，前往橫斷南極山脈米勒山區(qū)收集隕石，并發(fā)現(xiàn)了2塊月球隕石。

受日本和美國的影響，上世紀80年代，以意大利為首的歐洲聯(lián)隊也開展了南極隕石考察，但是找到的隕石不到800塊。韓國也組隊去南極搜尋隕石，但僅獲得200塊左右。而我國，在南極的格羅夫山地區(qū)共收集了12665塊隕石。

根據(jù)國際隕石數(shù)據(jù)檢索，目前南極隕石數(shù)量已經(jīng)超過了5萬塊，南極已經(jīng)成為名副其實的隕石寶藏。

我國發(fā)現(xiàn)首個南極隕石富集區(qū)：格羅夫山

在南極考察方面，我國起步比較晚，1984年才派遣第一支南極科考隊，但是發(fā)展速度快。在短短30多年時間里取得了輝煌成就，成為南極考察大國，包括建立了長城站、中山站、昆侖站、泰山站、羅斯海新站等5個考察站，首次考察南極最高點冰穹A（Dome?A），收集了上萬塊隕石樣品，開展普利茲灣冰架和中山站—冰穹A之間的斷面考察，建立格羅夫山自然保護區(qū)，等等。

1989年，我國在東南極邊緣拉斯曼丘陵建立了中山站，為開展南極內陸考察提供后勤保障基地;1997年，第13次南極考察隊從中山站出發(fā)向南極內陸挺進了300千米;1998年，第15次南極考察隊開展了格羅夫山考察，并首次發(fā)現(xiàn)4塊南極隕石，從此揭開了我國南極隕石考察的序幕。此后，我國南極考察隊開展了6次格羅夫山考察，共收集隕石12665塊，發(fā)現(xiàn)并確認首個南極隕石富集區(qū)：格羅夫山，使我國成為擁有南極隕石最多的國家之一，僅次于日本和美國。

格羅夫山位于東南極伊麗莎白公主地，經(jīng)緯度是南緯72°20′-73°10′，東經(jīng)73°50′-75°40′，北距中山站約500千米，屬于東南極冰蓋內陸的冰原島峰群。該地區(qū)面積3200平方千米，其中藍冰區(qū)占500平方千米，區(qū)內出露64座冰原島峰。該地區(qū)平均海拔2000米左右，盛行北東向或東向的下降風。冰川越過陣風懸崖后在島峰間受到堵塞，藍冰形成強烈消融，隕石產(chǎn)生擱淺，形成了隕石富集區(qū)。

第19次南極考察隊格羅夫山分隊返回中山站時合影。

表面像水波浪一樣的藍冰區(qū)。

藍冰上的一個凹坑中，發(fā)現(xiàn)了多顆隕石。

雖說在藍冰上很容易識別隕石，但是尋找和發(fā)現(xiàn)隕石的過程是非常曲折和艱難的。這是因為隕石的分布不均勻，而且受冰流運動的影響嚴重。1998和1999年，首次在格羅夫山發(fā)現(xiàn)的4塊隕石是考察中偶然遇到的，它們屬于不同類型。1999和2000年，第2次格羅夫山考察時，考察隊開展專門尋找隕石的“風暴行動”，經(jīng)過2個星期的努力，發(fā)現(xiàn)了28塊隕石，其中一塊是火星隕石“GRV99027”。雖然這次發(fā)現(xiàn)的隕石數(shù)量不是特別多，但是給我們一個重要信息，格羅夫山可能富集隕石。為此，2002年我國南極隕石專家委員會經(jīng)研究討論后指出，格羅夫山應該是一個隕石富集區(qū)，有望找到和發(fā)現(xiàn)更多的隕石樣品。在隕石專家委員會的建議下，2002年第19次南極考察隊再次考察格羅夫山，隕石收集是這次考察的核心任務。筆者負責這次考察的隕石考察任務。

我們這個小分隊搭乘澳大利亞極地考察船“極光”號于2002年12月4日到達中山站。我們經(jīng)過緊張的物資和裝備的準備，于12月15日乘3輛大型雪地車前往格羅夫山地區(qū)。我們的裝備條件還是不錯的：有3輛雪地車，生活倉、乘員倉和發(fā)電倉各1輛，2輛雪橇運載油料，還有雪地摩托。雪地車為德國造的“PB240”，性能不錯，就是速度太慢;生活倉可以做飯，可住2人;乘員倉可住8人。經(jīng)過1個星期的艱苦旅行，12月23日到達目的地。

神奇的格羅夫山是世界上隕石最富集的地方。

在南極確定、判斷隕石要比在其它大陸容易得多。這是因為在南極冰蓋上很少有山體和巖石出露，人類活動也非常少，所以，如在南極內陸的藍冰面上發(fā)現(xiàn)石塊的話，一般都是隕石，但如果是在南極大陸邊緣發(fā)現(xiàn)的話，那就不一定了。比如，我國第18次南極科考隊中山站的一位越冬隊員曾在海冰上發(fā)現(xiàn)一塊表面光滑的黑色渾圓狀物體，多位隊員觀察后懷疑是隕石，就帶回去了，但第2天聞到臭氣，才知道原來是一塊凍結的海豹屎。根據(jù)我們在南極格羅夫山地區(qū)找隕石的經(jīng)驗，如果在遠離山體或巖石的藍冰上發(fā)現(xiàn)石塊，那肯定是隕石，而且基本上都有黑色熔殼。

這次隕石考察，野外搜尋隕石的時間只有34天，考察非常成功，但是過程也很曲折。在開始的半個月，我們每天只能發(fā)現(xiàn)2—5塊隕石，半個月一共找到41塊。根據(jù)日本和美國科考隊找隕石的情況，一季考察獲得的隕石數(shù)量最多超過4000塊，平均每天應該超過100塊。因此，筆者意識到我們的隕石考察一定存在技術問題：一方面，我們可能沒有掌握隕石的野外特征，在考察時，有些隕石樣品被錯過了;另一方面，我們沒有找到真正的隕石“窩”。這個階段，我們的壓力非常大。為了解決問題，考察隊開展了大量的踏勘工作，有時甚至冒著生命危險進行野外調查，有一次筆者還掉進了冰縫中，差點為隕石犧牲在南極。

隨后，兩個重要發(fā)現(xiàn)使我們的隕石考察工作取得了重要突破。當時，我們發(fā)現(xiàn)了一類無熔殼的隕石，這類隕石一般都富集在冰磧碎石帶中，它們因為冰川搬運與其它碎石碰撞熔殼產(chǎn)生脫落，因此，我們稱其為“冰磧型”隕石。這類隕石主要發(fā)現(xiàn)于陣風懸崖中段的碎石帶，共收集了2684塊。2003年1月16日—22日，根據(jù)冰流運動規(guī)律分析，我們發(fā)現(xiàn)了真正的隕石“窩”，在陣風懸崖北段收集到1723塊隕石，發(fā)現(xiàn)了最富集隕石的區(qū)域。這次考察共收集4448塊隕石，隕石考察取得了重大突破，這主要歸功于發(fā)現(xiàn)了缺乏熔殼的“冰磧型”隕石和發(fā)現(xiàn)了隕石分布規(guī)律。

2005年，第22次南極考察隊對格羅夫山開展了第4次考察，這次考察中的隕石搜尋工作主要在陣風懸崖中段和北段進行，共收集了5354塊隕石。2009年和2013年，第26次南極考察隊和第30次南極考察隊分別發(fā)現(xiàn)了1618塊和587塊隕石。我國經(jīng)過7次對格羅夫山的考察，共獲得12665塊隕石樣品，終于成為南極隕石大國。

2000年第16次南極考察隊歸國后，中國極地研究中心安排專人負責保管隕石樣品，當時由中國南極隕石專家委員會組織中國科學院廣州地球化學研究所、中國科學院地質與地球物理研究所、中國科學院地球化學研究所、中國科學院國家天文臺等單位聯(lián)合開展隕石分類工作。2003年后，因收集數(shù)量龐大的巨大隕石樣品，中國極地研究中心建立了南極隕石庫，并在中國南極隕石專家委員會的指導下，制定了南極隕石庫的相關管理制度和隕石樣品分配的方法。2006—2008年，在國家自然科技資源共享平臺建設項目的支持下，極地中心開展了極地標本南極隕石庫及其共享平臺的建設，并向國內外科研單位和國內社會科普宣傳提供樣品。

南極的隕石為什么比其它大陸多？

為什么在南極會發(fā)現(xiàn)如此多的隕石呢？會不會是受磁極的影響，隕石在降落過程中被吸引到南極呢？

天文觀察表明，流星飛行速度非?？?，達到16—60千米/秒，流星在穿過大氣層時地球磁場對它幾乎沒有影響。所以，南極與其它大陸的隕石降落概率應該是一樣的。其實，南極大陸隕石的出現(xiàn)與冰蓋流動過程有關，這使冰層中分散的隕石在某些地區(qū)集中暴露出來。

一方面，南極冰蓋保存了數(shù)量龐大的隕石。據(jù)推算，地球上每1萬平方千米每年約有10塊隕石（>20克）降落。南極以外的其它大陸潮濕且溫差大，隕石非常容易風化破碎，保存時間很短，這些大陸自然很難把隕石保留下來。而南極寒冷干燥，隕石可以保存很長時間，最古老的南極隕石已保存幾百萬年，比如居地年齡（隕石降落時間）可達280多萬年。整個南極大陸上覆蓋了一個巨大的冰蓋，冰蓋平均厚度約2500米。據(jù)估計，南極冰蓋形成歷史達1000多萬年。在這漫長的歷史中，隕石不斷降落并保存在南極冰層中，因此，南極冰蓋可以說是隕石的天然寶庫。

另一方面，南極冰蓋運動使隕石富集。盡管南極冰蓋中有大量隕石，但是冰蓋表面出露隕石的可能性非常小，這是因為冰蓋中隕石的分布非常分散，隕石的數(shù)量相對于南極冰，可以說是滄海一粟。巨大的冰蓋，因地形變化和持續(xù)不斷的積雪，形成10多個冰川流域，它們從中心向四面流動。大部分冰川帶著隕石漂向海洋，但部分冰川受外圍山脈或冰下山系的阻擋上升，在局部地區(qū)冰雪強烈消融或蒸發(fā)，然而隕石不能蒸發(fā)，被逐漸暴露并堆積下來，經(jīng)過漫長的地質時間，這些地區(qū)隕石產(chǎn)生了富集，這就是南極隕石產(chǎn)生富集的機制。1976年，美國的卡西迪先生曾乘直升機到橫貫南極山脈考察，從直升機上看到下面藍冰之上有一片黑色石頭，他讓直升機降落下去察看，這些石頭居然全部是隕石。在這種藍冰消融地區(qū)，由于強烈的下降風，難以積雪，會出現(xiàn)大片的藍冰。正是這種隕石富集的機制，才讓我們可能在南極的這些藍冰區(qū)發(fā)現(xiàn)大量的隕石。

上圖：南極隕石富集機制圖。上百萬年降落在冰蓋中的隕石隨著南極冰川而流動，在冰流受阻的消融區(qū)產(chǎn)生富集。下圖：巨石后面的冰溝是尋找隕石的好地方，這就是我們常稱的“隕石窩”。

尋找南極隕石的技巧

在南極冰川上找隕石，不但非常辛苦，而且經(jīng)常要冒很多危險。但在野外，我們考察隊員找隕石卻是興趣盎然，甚至深更半夜還樂此不疲地在冰溝中、巨石下尋寶呢。下面，根據(jù)隕石所在的不同位置，介紹一下我們找隕石的經(jīng)驗。

首先，在藍冰區(qū)。按說，藍冰上的隕石就像是玻璃上的金子，非常好找，在遠離島峰的藍冰上一見石頭，大多是隕石。但是，藍冰區(qū)由于強烈的蒸發(fā)作用，表面形成了一個個凹坑，看起來就像海面上的波紋，在這種藍冰上行走非常困難和辛苦。隕石幾乎都呆在凹坑的窩窩中，小隕石在遠處根本看不到，只有走得很近才能發(fā)現(xiàn)。大的隕石，雖然很遠就能看見，但很難判斷。有一天，我們隊員發(fā)現(xiàn)藍冰遠處一個黑點，以為是一個大隕石，馬上朝它走去，可走了一個多小時，那個“隕石”還是很遠，感覺還是那么大?；貭I地后，他跟我們說他發(fā)現(xiàn)了一個大隕石，但實在太遠，讓我們明天派車去找。我們一聽哄然大笑，因為我們也有類似的經(jīng)歷，這原來是遠處的島峰尖頂受藍冰表面漫反射光的干擾，看上去就像一塊黑黑的隕石，其實它離我們有一二十千米遠。在藍冰上找隕石，關鍵是要判斷出遠處看到的石頭是否是隕石。我們的訣竅是看遠處石頭的顏色，深黑色一般不是隕石，而在陽光下微微發(fā)棕色調的常常是隕石。

其次，在冰磧碎石帶。冰磧碎石帶是因為冰川搬運堆積形成的，其中常?；煊须E石。這里的隕石非常不好找，因為它們混雜在碎石中，另外這里的隕石一般個頭比較小，而且常常因碰撞摩擦熔殼產(chǎn)生脫落，不易區(qū)分。我們在碎石帶中找隕石的訣竅是：一要趴腰。如果直著腰，下面的小隕石就很難看到。二要慢。如果走快了，什么也找不著。三要翻石頭。一些大石頭，要把它們翻過來，小隕石常在石頭底下。四要挖雪。南極內陸的積雪都是風吹過來的，我們稱其為“地吹雪”，因石塊之間容易阻擋“地吹雪”，這些地方經(jīng)常被雪覆蓋，所以挖雪也是找隕石的好辦法。

另外，陡崖后的冰溝、巨石后的凹坑也可能有隕石。南極的風非常大，100克大小的石頭可以被刮跑。一些小隕石遇到冰溝或坑，就掉進去了。因此，在冰溝中常?？梢园l(fā)現(xiàn)許多隕石。

碎石帶的迎風坡和坡前藍冰凹地也是尋找隕石的好地方。隕石常常被風刮著跑，遇到藍冰凹地，風速下降，相對大的隕石就停下來了，而相對小的隕石一般就在碎石帶“安家”了。