中国陨石学与天体化学研究进展(2011-2020)

过去十年,中国陨石学与天体化学研究迎来了一个迅速发展时期.嫦娥工程与月球采样返回,以及天问一号火星探测等一系列深空探测工程的成功实施,极大地推动了我国陨石学和天体化学的发展;南极格罗夫山陨石库的建设,为学科发展提供了充足样品;高精度同位素分析平台的建设,保障了陨石及地外返回样品的分析研究需要;此外,国内还涌现了一批优秀行星科学与天体化学青年人才.与此同时,通过对各类陨石的研究,在太阳星云起源与演化、火星与月球等类地行星形成与宜居性研究、小行星岩浆作用和含水蚀变及后期撞击历史等方面也取得了重要成果.     

陨石学与天体化学(2001～2010)研究进展

21世纪的第一个十年,陨石学与天体化学研究在中国迎来了一个前所未有的发展时期。在南极格罗夫山地区共开展了5次科学考察,收集到超过1万块陨石,提供了珍贵的研究样品;嫦娥工程的立项和一期工程的成功实施,是陨石学与天体化学发展的重大机遇,也是挑战;高精度原位微区分析平台建设的完成,则为地外物质样品的分析提供了关键的技术保证。更为重要的是,通过大量南极陨石的分类工作,培养和锻炼了陨石学研究的青年人才。在此基础上,通过对各化学群陨石的研究,取得了许多重要的成果,包括陨石中前太阳颗粒的发现和研究、陨石中的灭绝核素、太阳星云在不同条件下的凝聚过程、月球陨石和火星陨石的岩石学成因与同位素定年、陨石的冲击变质与高压矿物、以及中国第一个陨石坑的证实等。     

近年来我国陨石学与空间化学研究的进展

1999年9月27—29日,中国矿物岩石地球化学学会陨石学与天体化学专业委员会和中国空间科学学会空间化学与空间地质学专业委员会联合在广西北海召开“全国第六届陨石学与空间化学学术讨论会”。20多篇学术报告基本上反映了我国陨石学与空间化学领域研究的进展,这些成果渗透着我国从事陨石学与空间化学研究的科技人员勤奋工作、刻苦探索的奉献精神。     

我国南极陨石研究与展望

继1998～2000年我国第15、16次南极科考队在南极格罗夫山发现32块陨石之后，2002～2003年第19次科考队成立了以回收陨石为中心任务的格罗夫山综合考察分队，在同一地区成功回收4448块陨石。我国的南极陨石回收工作不但实现了零的突破，而且成为继日本和美国之后拥有南极陨石数量最多的国家之一。通过对第15、16次队回收的32块陨石以及第19次队4448块陨石中的38块代表性样品的化学一岩石类型划分工作,除平衡型普通球粒陨石外，发现了2块火星陨石、2块橄辉无球粒陨石、6块非平衡L3型陨石、4块碳质球粒陨石和1块非平衡型顽辉石球粒陨石等特殊类型陨石。本文主要介绍了南极陨石的回收和研究进展，以及我国在南极格罗夫山回收陨石的情况和已取得的初步研究成果。同时对我国今后的陨石回收与研究工作提出初步设想。     

南极格罗夫山陨石的磁化率

我国在南极格罗夫山发现并收集到大量南极陨石,需要一种无损、快速简单的分类方法。陨石磁化率(χ)的主要贡献是其中的铁镍金属,因而有可能成为一种简便有效的分类参数。同时,磁化率是陨石的一个重要物理参数。我们在国内首次开展陨石磁化率的研究,通过对模拟陨石磁化率样品的测量,证明可以通过不同取向的测量平均,将样品的大小和形状等几何因素的影响减小在仪器的测量精度范围之内。完成了首批613块南格格罗夫山陨石的磁化率测量,除普通球粒陨石外,还包括火星陨石、灶神星陨石、碳质球粒陨石、中铁陨石、橄榄陨铁、橄辉无球粒陨石等特殊类型。根据质量磁化率,可以划分大部分H、L、LL群陨石。特别重要的是,磁化率对于划分非平衡的普通球粒陨石化学群提供了更为可靠的参数。格罗夫山H群陨石的磁化率分布与南极其他地区的陨石十分相似,二者相对降落型陨石均向低质量磁化率方向平移0.2（logχ, 10^-9m³/kg）,反映了风化作用对南极陨石磁化率的平均影响程度;格罗夫山L群陨石的质量磁化率分布同样较降落型陨石偏低0.2左右,但南极其他地区的陨石与沙漠陨石的磁化率分布相似,二者均更为离散和偏低,可能反映了不同的风化程度。     

南极陨石的收集和研究进展

南极是目前地球上回收陨石最多的地区,自1969年以来已在南报回收了11000多块陨石样品。由于冰的消融和运移导致在一些兰色冰区内陨石的明显富集。大多数陨石来自直径小于200km的小行星体,南极陨石中月球陨石和火星陨石的发现提供了陨石其它来源的可能性,南极陨石的地球年龄比非南极陨石老,藉此可获得过去冰盖运移的信息。     

南极陨石的收集和研究进展

南极是目前地球上回收陨石最多的地区,自1969年以来已在南报回收了11000多块陨石样品。由于冰的消融和运移导致在一些兰色冰区内陨石的明显富集。大多数陨石来自直径小于200km的小行星体,南极陨石中月球陨石和火星陨石的发现提供了陨石其它来源的可能性,南极陨石的地球年龄比非南极陨石老,藉此可获得过去冰盖运移的信息。     

我国在南极格罗夫山发现的首块古铜钙长无球粒陨石(GRV 150277)及其外源碎屑研究

HED(Howardite-Eucrite-Diogenite)族陨石及其可能母体灶神星是国际深空探测与小行星研究的热点。其中,经历了复杂撞击混合成岩作用而形成的Howardite(古铜钙长无球粒陨石),是研究灶神星表土层物质组成与演化这一国际前沿领域的主要对象。21世纪以来,中国在南极格罗夫山回收了大量陨石,这为我国行星科学的发展提供了重要的研究标本。我国目前已分类的南极陨石中发现有3块Eucrite陨石,其为研究灶神星岩浆活动提供了重要机遇。本次工作对2016年收集到的南极格罗夫山陨石GRV 150277进行了系统性岩石学与矿物学研究。研究结果表明GRV 150277具有典型的角砾结构,主要由近乎等比例的Diogenite陨石和Eucrite陨石碎屑组成,是我国在南极发现的第一块Howardite陨石。此外,GRV 150277中还可见少量的铁陨石与CM型陨石碎屑,表明灶神星表土层遭受了多种小行星撞击。GRV 150277陨石的发现及其外源碎屑的详细研究,对确定灶神星表土层物质组成与演化历史具有重要的指示意义。     

6块新回收沙漠陨石的矿物岩石学特征及类型划分

干旱沙漠地区与南极冰盖均有利于陨石样品保存。2013年4-5月,通过首次新疆哈密沙漠陨石考察,回收了陨石样品47块。文中报导其中6块样品的矿物岩石学特征,并划分它们的化学岩石类型。Arlatager004、006、0014、0022和TuzLeik001等5块样品主要由橄榄石、辉石、长石、铁镍金属和陨硫铁组成,具有典型的普通球粒陨石岩石结构特征,其球粒结构不明显,表明经历过较强的热变质,岩石类型划分为5型;根据样品中橄榄石Fa值,低钙辉石Fs值和样品的金属含量等,将Arlatager004、006、0014、0022划分为L5型普通球粒陨石;TuzLeik001划分为H5型普通球粒陨石。Kumtag005具有典型的球粒结构,结合橄榄石Fa值和低钙辉石Fs值以及岩石学特征,将其划分为L3型普通球粒陨石。根据橄榄石Fa值与其百分标准平均方差(PMD)之间的关系,将Kumtag005的岩石类型亚型划分为L 3.4。这6块样品代表了3个化学群,结合该地区回收到的其他陨石分析结果,表明新疆哈密沙漠是一个新的陨石富集区,这些沙漠陨石的发现和研究,必将极大促进中国陨石学和天体化学的发展。     

我国南极陨石收集进展(2000-2010)

自上世纪中叶以来,南极陨石收集就成为国际上南极考察项目中的一个重要亮点。在世纪之交之际,我国南极考察队开始了南极陨石收集,在短短的十年时间,在南极陨石收集方面取得了丰硕成果。我国不但收集了一万多块陨石样品,成为拥有南极陨石最多的国家之一,而且新发现了一个陨石富集区——格罗夫山。     

南极GRV9927陨石：一种可能的火星陨石

自 1 969年日本冰川学家首次发现南极无球粒陨石以来 ,南极冰原为人类提供了无与伦比的地外物质 ,包括大多数月球陨石及近半数的火星陨石。据ＭｃＳｗｅｅｎ报道[1] ,已有 1 3个陨石确定为火星陨石 ,其中包括ＡＬＨＡ770 0 5和ＡＬＨ 840 0 1陨石。 1 996年美国航空航天局ＭｃＫａｙ等宣布 ,他们在ＡＬＨ840 0 1火星陨石中发现了生命活动的遗迹。这一发现引起了各国科学家的极大兴趣 ,并引发了一场激烈的争论。因此 ,火星陨石的研究受到了人们广泛的关注。作者研究的ＧＲＶ992 7陨石样品是 1 999年我国南极科学考察队中国科学院地质研究所刘…     

东乌珠穆沁中铁陨石的金属相冷却速率及其演化历史

采用剖面中间浓度与镍纹石带宽度关系测定了东乌珠穆沁中铁陨石的金相冷却速率,其冷却速率介于0．05℃／Ma与0.02℃／Ma之间,采用铁纹石颗粒或铁纹石带中心镍含量与到最靠近铁纹石颗粒边界或镍纹石带高镍边的关系所获得的冷却速率介于0．1℃／Ma与0．01℃／Ma之间,并与根据镍纹石层纹的测定结果一致。两种方法的测定结果都表明,东乌珠穆沁中铁陨石比任何其他类型陨石更缓慢冷却（＜05℃／Ma）。根据东乌珠穆沁中铁陨石结构和岩石学特征及宇宙射线暴露年龄,该陨石经受了吸积熔融和分异作用-壳的重熔-局部冲击熔融-破裂和重新组合或重新吸积-开挖和喷射等复杂的演化历史。     

新疆铁陨石的矿物学特征及其母体形成条件

作者详细观测研究了新疆铁陨石24块不同取样点样品的矿物组成、化学成分和结构构造特征。鉴定出12种不透明矿物,其中高钴合金球粒为铁陨石表面方铁矿中首次发现,方铁矿,陨硫铬铁和陨碳铁镍矿也为国内铁陨石中首次发现。矿物学特征表明新疆铁陨石母体形成于岩浆成因,母体半径约280km,具有半径约140km的金属核,母体中心压力约2.5kbar。     

东乌珠穆沁及渭源中铁陨石岩石学特征及其分类

对我国东乌珠穆沁及渭源２个中铁陨石的岩石学进行了研究,根据其硅酸盐基质的再结晶程度,我们将东乌珠穆沁陨石划分为类型Ｉ的中铁陨石,渭源陨石划分为类型Ⅲ的中铁陨石。东乌珠穆沁中铁陨石主要分布于细粒基质中的富斜方辉石碎屑及金属Ｆｅ－Ｎｉ组成,其硅酸盐质显示轻微的再结晶作用,渭源中铁陨石强烈风化并形成大量褐铁矿,该陨石主要由斜方辉石,斜长石组成,并有少量普通辉石,磷镁钙石,鳞石英及铁的氧化物;硅酸盐矿物广     

陨石分类研究进展及其地学意义

近40年来陨石分类学经历了3个发展阶段，60－70年代，由根据陨石的矿物结构的分类方法发展为球粒陨石的化学一岩石学分类法和铁陨石的化学群分类法；70－80年代，提出了分异型陨石和未分异型陨石的概念，球粒陨石被认为是未分异型陨石，而其它陨石（铁陨石，石铁陨石和无球粒陨石）大多被划入分异型陨石，80－90年代以来，陨石氧同位素组成成为了陨石成因分类的一个主要依据，使陨石分类学进入了一个新的成因分类阶段，作者对80－90年代以来新确立的R群，K小群，CR群和CK群球粒陨石，以及根据氧同位素划分出的原始型无球粒陨石系列：A－L无球粒陨石，Winonaites无球粒陨石和Brachinites无球粒陨石进行了介绍，笔者对陨石研究和陨石分类学的发展在估算地球整体成分，探讨地球成因和早期演化历史方面的重要意义进行了说明，并建议地球科学家应对陨石学和陨石分类的发展现状给以关注。     

太阳星云凝聚过程的岩石学模型：（Ⅱ）非球陨石、C1陨石及类C1陨石的凝聚成因和小行星区星云凝聚作用

综述了非球陨石（铁陨石，石铁陨石和无球粒陨石）在成分结构方面的非分异成因证据，推断其成因是：星云盘中心层中的星云发生气－液凝聚作用形成的熔滴，在较高温度下彼此合并形成了较大熔体，熔体固化后形成该类陨石母体。根据Ｃ１陨石不含球粒和其它成分特征，推断它们是星云只发生气－固凝聚作用的产物。对近年来新发现的一些特殊成分的碳质球粒陨石进行了综合分析，暂定名为类Ｃ１陨石。通过类Ｃ１陨石与其它球粒陨石及Ｃ１陨石成分结构特征的对比，推断它们是星云盘边缘层星云发生气－液－固和气－固联合凝聚作用，同时发生水化作用的产物。最后，在对所有陨石凝聚成因进行解释的基础上，建立了小行星区星云凝聚模型。     

湖北随州淅河镇陨石初步研究

作者对1986年4月15日降落在我国湖北省随州市淅河镇的陨石雨进行了光学性质、电子探针、扫描电镜、化学全分析;全岩稀土分析;X射线粉晶衍射、X射线单晶分析;红外吸收光谱、穆斯堡尔谱、同位素年龄测定,获得了大量有价值的数据。综合分析表明,主要组成矿物为贵橄榄石（Fa≈24）,古铜辉石（Fs≈27）,斜长石、白磷钙矿、磁黄铁矿、陨硫铁,镍纹石、铁纹石、铬铁矿和钛铁矿。已发现的最大球粒直径7.1mm,U—Pb等时线年龄为3.82±0.085×10~9年。     

南极 GRV 021788橄辉无球粒陨石的岩石学和矿物学特征

橄辉无球粒陨石是一类特殊的无球粒陨石,既具有高度分异的火成特征,又具有原始球粒陨石的特征。南极格罗夫山GRV021788陨石由橄榄石、辉石以及少量的富碳基质、不透明矿物组成,具有橄辉无球粒陨石典型的岩相学和矿物学特征,包括橄榄石晶体三线共点的接触和富镁还原边等。GRV021788的主要矿物的化学成分为:橄榄石Fa23.2～Fa1.5,易变辉石Fs21.2Wo10.6～Fs18.7Wo10.7。橄榄石颗粒有明显的反环带结构,而易变辉石的反环带则不明显。黑色填隙基质富碳,含金刚石和石墨。岩石学和矿物化学特征表明GRV021788是一橄辉无球粒陨石,属单矿(monomict)Ⅰ类(Fa23.2～Fs20.4)橄辉无球粒陨石。陨石的形成机制与多阶段部分熔融-堆积模式较为一致。     

清镇顽火辉石球粒陨石的矿物学特征及其成因

清镇陨石以具有高度还原的矿物组合为特征。普通球粒陨石和碳质球粒陨石中的亲石元素在顽火辉石球粒陨石内显示亲铜或亲铁的性质。在该陨石中发现的矿物有陨硫钙石。硫镁矿、钾的硫化物——硫铜钾矿,含Si的铁纹石及Ni的硅化物——硅磷镍矿等。顽火辉石和斜顽火辉石具有低的FeO含量,其FeO/(FeO+MgO)比值范围为0.004—0.01。在未完全熔融的球粒中发现具尘粒状贫Ni金届包裹体的残余橄榄石颗粒。本文首次报道陨石中含Ga的闪锌矿和发现陨石中稀少的碱硅镁柱石。金属-硫化物组合显示再加热和熔融的结构特征,金属发生硫化作用并被硫化物所取代。清镇陨石(EH_3)的化学成分与EH_(4,5)球粒陨石很相似,其La/Sm比值比平均EL高,Co/Ni则比EL低。清镇陨石的形成部位比任何其他球粒陨石群更靠近太阳,可能形成于水星-金星区。     

Trace element partitioning in the Morasko meteorite from Poznan, Poland

The nickel–iron meteorite of Morasko shows isolated inclusions of troilite in the bulk mass of a Fe,Ni-alloy. During a segregation of the FeS phase chalcophile trace elements were collected from the melt. The solidification of the Fe,Ni-phase occurred probably later, incorporating thereby mainly siderophile trace elements. To prove this general assumption selected trace elements were determined and reveal in the two phases of the present meteorite a characteristic distribution pattern. The meteorite of Morasko is in close conformity to the iron meteorite group IAB with rounded dark FeS inclusions.