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陨石的科研价值

      夕阳西下霞光渐退,黑色的夜幕即将拉开,我们抬头仰望星空偶尔会看在满天星河中看到一束亮光划过,这正是地外拜访者-陨石的足迹。

       当流星体穿越稠密的大气层时与大气剧烈摩擦会产生耀眼的光芒和巨大轰鸣声,那是一种惊人的奇幻景象,所以使得它们看起来是那样神秘。流星虽多但最终可降落到地面上形成陨石的仅占其中的百分之一。

       陨石是迄今为止来自外地球以外的唯一物质、也成为了人类研究太阳系不可替代的廉价标本。除了人类从月球取回的月岩样品,陨石是唯一可供直接研究的地球以外的岩石样品,极具科研价值。

陨石的科研价值

       陨石记录了许多太阳系的原始信息,从太阳星云的起源与凝聚到小行星和行星的形成与演化的整个历史、保存了太阳系形成之前的各种恒星物质,可以说陨石在研究太阳系方面的作用无可替代。

       我国的陨石研究水准处在世界前列,早在六十年代欧阳自远院士就系统的研究过陨石,1976年吉林陨石降落后,很多矿物岩石学家进入陨石研究领域,对各类陨石都有很多研究成果发表。

       我国的一些科研院所如南京紫金山天文台、中科院广州地化所、北京地质地球物理所、国家天文台、桂林科学院、新疆矿产实验研究所等机构都有专业的仪器设备和研究人员,可以说无论什么陨石我国的科学家都能鉴定和研究。

 

关于生命系统起源和发展的线索

       有机地球化学和古生物化学在过去十年的发现被用来评估有关陨石和寒武纪早期有机质的性质和意义。当前科学观点及其在生命系统起源和发展中的作用,对各种古代前寒武纪岩石和碳质球粒陨石中所含的各种化学和有机结构给出了一个关键的解释。分析和鉴定这些岩石和陨石中所包含的有机物质,为我们提供了关于生命起源的线索,以及早期大气层,水圈和早期生物系统的性质和演化。

陨石科研

“稀有的陨石质疑我们对太阳系的理解。” 

来自每日科学,ScienceDaily,2017年1月23日。隆德大学“稀有的陨石质疑我们对太阳系的理解。” 

Philipp R. Heck,Birger Schmitz,William F. Bottke,Surya S. Rout,Noriko T. Kita,Anders Cronholm,CélineDefouilloy,Andrei Dronov,Fredrik Terfelt。奥陶纪时期常见的稀有陨石。自然天文学,2017; 1:0035 DOI:10.1038 / s41550-016-0035

       研究人员在四亿七千万年前掉落地球的43颗陨石中发现了特殊矿物。超过一半的矿物颗粒来自于今天的陨石流中完全未知或非常罕见的陨石。这些发现意味着我们可能需要修正我们目前对太阳系历史和发展的理解。

       这一发现证实了今年夏天提出的假设,当时瑞典隆德大学的地质学教授Birger Schmitz透露说,他发现了他所说的“陨石” - 一种陨石恐龙。陨石被命名为Österplana065,在瑞典利德雪平以外的采石场被发现。“灭绝”一词的使用是因为它与众不同的组成,与所有已知的陨石群不同,并且源自古代被毁的天体。

        这个发现导致了这样一个假设:陨石的流动与今天相比可能已经完全不同于4.7亿年前,因为具有这种成分的陨石不再落在地球上。

      “新的研究结果证实了这一假设,我们的新研究基于43颗与Österplana065一样古老的微陨石,显示当时的流动实际上是截然不同的,到目前为止我们一直认为太阳系是稳定的,因此,预计在整个太阳系历史上同样类型的陨石已经落在地球上,但是现在我们已经意识到事实并非如此。“比尔·施密茨说。

       Birger Schmitz与他在隆德大学,芝加哥大学和威斯康星大学麦迪逊分校的同事一起进行了这项研究。结果是意外的。比尔·施密茨相信,太阳系历史上迄今为止还不为人知的一件事,却是近5亿年前发生的事。他还强调,这项新的研究表明,有可能对太阳系发生的变化进行高度详细的重建。

      Birger Schmitz说:“我们现在可以重现不仅是地球而且是整个太阳系的晚期历史,这个新报告的科学价值比去年夏天的科学价值还要高。

       重建陨石流的方法是在特殊建立的隆德天文地质实验室开发的。在研究与陨石一起落在地球上的矿物颗粒(氧化铬)时,研究人员使用不同的酸来溶解古代海底的几吨沉积物。随后对铬氧化物进行分析以确定其组成和氧同位素。这使得我们有可能确定这种纹理来自哪种类型的陨石。

陨石是地球层层故事的关键

来自澳大利亚国立大学2015年4月13日

       对陨石的化学组成进行的一项新的分析,帮助科学家研究了地球何时形成层状。一个国际科学家小组的研究证实,地球的第一块地壳是在45亿年前形成的。陨石中的稀有元素铪和l在矿物锆石中起源于太阳系早期。

       一个由国际科学家组成的研究小组证实,地球的第一块地壳是在四十五亿年前形成的。该团队测量了太阳系早期发现的陨石中矿物锆石中稀有元素铪和l的含量。

       “含有锆石的陨石是罕见的,我们一直在寻找一个古老的陨石与大锆石,约50微米长,包含足够的铪的精密分析,”Yuri Amelin(尤里·梅林)博士说,它自澳大利亚国立大学(ANU)地球科学研究院。 “偶然之间,我们找到了一个经销商出售的碎石碎片,这正是我们想要的。我们相信它起源于小行星灶神星,曾经厉过一次巨大的冲击。

       地球内部的热量和压力将数十亿年的化学成分层状混合在一起,因为密度更高的岩石会沉淀下来,密度更小的矿物质会上升到地表,这就是分化的过程。

        Amelin博士表示,确定层面形成的方式和时间取决于在分化之前了解形成地球的原始材料的组成。他说:“陨石是形成所有星球的原始物质残余物。“但是,在围绕太阳运行的五十亿年里,它们还没有行星级别的力量改变它们的组成。”该团队精确测量了陨石中铪-176和铪-177的同位素比率,为地球成分提供了起点。然后,研究小组能够结合与地球上最古老的岩石进行比较,发现化学成分已经被改变,证明大约45亿年前,地球表面已经形成了一个地壳。

陨石神秘解决了高压的研究

来自拜罗伊特大学2017年6月23日

       拜罗伊特大学的一个研究小组找到了一个长期以来关于月球和火星陨石组成的明显矛盾的解释。汉堡的德国电子同步加速器(DESY),格勒诺布尔的欧洲同步辐射装置(ESRF)以及里昂和维也纳的研究伙伴合作,由LeonidDubrovinsky教授领导的拜罗伊特科学家能够证明陨石是如何在狭窄空间的矿物中形成的,它们的形成条件是非常不同的。这些发现现已在“自然通讯”杂志上发表为陨石研究提供了新的动力。

       以上为方石英Ⅺ的晶体结构模型,这在以前从未在其他材料中发现过。这种方石英的高压相由两层(绿色和蓝色)组成,每层由Si 2 O组成。

       当小行星或彗星与月球或火星碰撞时,会导致高压和高温,在撞击点突然改变岩石。经过改变的石块通常会弹射到地球。这些陨石中有许多令科学家感到困惑,主要有两个原因:

       首先,它们含有Seifertite,一种在极端压力下由二氧化硅(SiO 2)形成的矿物。产生如此高的压力的小行星和彗星撞击必须非常强烈,以至于它们会融化或破坏月球和火星上的大片岩石。然而,研究并没有表明这种灾难曾经发生过。

       其次,Seitertite常常被发现就在矿物方石英旁边,由二氧化硅在相当低的压力下形成。

       拜罗伊特巴伐利亚实验地球化学和地球物理研究所(BGI)的科学家们现在已经成功地解释了这种奇怪的陨石成分。汉堡的PETRA III和DESY以及格勒诺布尔的欧洲同步辐射装置(ESRF)使研究人员能够将方石英样品暴露在强烈的辐射和高达83千兆帕斯卡的高压下,这相当于地球压力的82万倍大气层。X射线的衍射图案说明了矿物在各种压力下如何改变。他们发现了静水压力与静水压力之间存在着至关重要的差别,静水压力是从各个方向压缩矿物的强度相同,而非静水压力是矿物压缩不均匀造成的强烈张力。

       高的非静水压力将方石英转变成了Seifertite - 即使它比由二氧化硅直接形成Seifertite所需要的极高的压力还要弱。但是,当方石英暴露在高压下,其静水压力的均匀性稍有不同,就形成了一种新的晶体结构。这种结构方石英XI在硅酸盐中从未观察到。一旦“准静水压”压力降低,方石英就恢复到原来的结构。

       这些发现提示了陨石之谜的一个简单的解决方案:陨石中包含的硒铁矿不一定是对月球和火星产生巨大影响的极端影响的产物。由于方英石在较低但仍非常高的非流体静压的情况下,它可以形成,而不是更严重的影响。

       Bayerisches Geoinstitut(BGI)的AnaČernok博士解释说:“与Seifertite接壤的方晶石可以解释为在方石英XI减压的作用下形成的;后者仅在准静水压力下暂时形成”。

       杜布罗夫斯基强调,这一新发现对于陨石研究至关重要:“方石英和塞芬叶石之类的矿物本身并不能让人们对陨石的形成作出任何明确的结论,我们的测量结果表明,不同的起源也很清楚,除了高压和高温之外,还有另外一个在陨石分析中更重要因素被认为:即压力变化引起的机械张力(有时非常高)岩石结构上的区域”。

参考期刊:AnaČernok,Katharina Marquardt,Razvan Caracas,Elena Bykova,Gerlinde Habler,Hanns-Peter Liermann,Michael Hanfland,Mohamed Mezouar,Ema Bobocioiu,Leonid Dubrovinsky。α-方英石的压缩路径,方石英XI的结构,以及对于艾叶石形成的理解。Nature Communications,2017; 8:15647 DOI:10.1038 / ncomms15647

来自欧阳自远 㤏伍 周景量《矿物爱好者陨石专题》

       对陨石从宇宙空间以高速坠落穿过大气圈的速度、温度、压力、动能和轨迹进行研究,有助于了解宇宙飞船返回地球时的温度、压力状态、运动轨迹、着陆条件、飞船外壳热的扩散以及合金的机械强度等。陨石坠落后,表面生成薄层状融壳,研究融壳的矿物成分、结构构造,能了解陨石或合金穿过大气圈时热的扩散速度和大气的消裂作用。陨石体的的矿物与化学成分及结构构造的研究,有助于了解陨石的形成条件与过程、天体演化的特征和地球内部的状态。对陨石中微量元素及稳定同位素丰度变异的研究,能说明陨石与地球成因的一致性。对陨石中约有50种宇宙成因核的研究,能了解高能核反应的某些特点、宇宙线的成分、通量、能谱、时间和空间上的分布。对陨石的绝对年龄、宇宙年龄及据地年龄的研究,不仅能阐明地球年龄,而且还能恢复陨石体的的原始形状,了解大气消裂及宇宙辐射的影响深度。

来自柯作楷《矿物爱好者陨石专题》

       对比陨石的矿物和化学成分与小行星反射光谱的成分数据,以及探测器的实物取样对比研究,已经证实:大多数陨石的母体来源于火星与木星之间的小行星带。如1970年1月3日在美国奥克拉荷马的LOST CITY记录了一颗火流星,随后找到了一颗普通球粒陨石。经计算,这颗陨石的轨道外推到火星和木星之间的小行星带,由于与地球轨道相交而进入地球的引力场中成为陨石。

       上图中,LOST CITY陨石来源的计算轨道,innisfree farmington pribram dhajala  lost city为陨石名称和依据这些陨石的观测数据计算出来的轨道。其中mercury(水星) venus(金星) sun(太阳) earth(地球) mars(火星) asteroid belt(小行星带) jupiter(木星)

来自徐伟彪《天外来客-陨石》

       比如对1969年2月8日在墨西哥降落的碳质球粒陨石-Allende的研究成果远远超过了花费了百亿美元获得的“阿波罗”的月岩样品。40多年来,全世界各国科学家发表了24000多篇研究Allende的论文,并获得了一系列重大科学成果。

       在Allende陨石中发现的“难熔包体”,揭示了太阳系内存在氧同位素的异常,找到了太阳系早期灭绝核素的残留物,确定了太阳系的精确年龄为45.67亿年,并发现了多种新的稀有矿物。见下图Allende-CV3碳质球粒陨石

         在美国亚利桑那州发现的巴林杰陨石坑(BARRINGER)和CANYOU DIABLO陨石在科学史上有量大重要贡献:1953年加州理工学院的克莱尔。卡梅伦。帕特森教授通过测定CANYOU DIABLO铁陨石中的铅的同位素组成,首次精确计算出地球的年龄约为45.5正负0.7亿年,该数据目前仍然被公认为最佳地球形成年龄;另外CANYOU DIABLO陨石中的陨硫铁被广泛用作硫同位素的国际统一标准。见下图

      1969年9月28日在澳大利亚MURCHISON(默奇森)降落的CM碳质球粒陨石中发现了多种有机物,有些对地球生命起源有指导意义,非常珍贵。见下图

      1976年9月13日降落在我国贵州省清镇县境内的清镇陨石,是世界上收集到的唯一一块没有经过地球风化作用的高度非平衡型顽辉球粒陨石(EH3型)。清镇陨石内含有大量轮廓清晰的球粒,还含有一系列非常特殊的不透明矿物,如陨硫钙矿、硫镁矿、硫钠铬矿、硫铁铜钾矿。陨硫钙矿石是地球上没有的,甚至不出现在其它陨石中,但是它溶于水,易风化。清镇陨石中的铁纹石富含硅,非常特殊。见下图(杨可欣供图)

      1986年4月15日降落在湖北随州市的随州陨石非常特别。随州陨石是L6型普通球粒陨石,内部富含冲击熔融脉,在其中发现了多种高压矿物,包括两种新矿物:涂氏磷钙石和谢氏超晶石。见下图

       现存于上海极地研究中心,由我国第19次南极科考队2013年1月4号在南极格罗夫山脉发现的GRV020090火星陨石,它的结晶年龄约为2亿年,证明了火星上存在较年轻的火山活动。

      被科学家跟踪的2008TC3小行星

      2008TC3是人类首次发现、跟踪、并准确预报近地小行星撞击地球的时间和地点,最终收回小行星样品(ALMAHATA SITTA陨石)意义非凡。这次预测的经验对更好的保护地球,预防近地小行星可能对地球带来的撞击危害有着重要意义。见下图

       光说科学价值感觉枯燥了吧,下面我们谈谈如何辨别陨石。有很多陆地岩石在不具备陨石特征的情况下正规的科研院所为了节省时间是不会接受化验分析的。下面是南京紫金山天文台徐伟彪老师提出的鉴别陨石的方法,如果你有疑似陨石样品需要送交分析检测部门检测,需要提供以下几个检测结果:

1、样品中有没有圆形的硅酸盐颗粒?

2、球粒中有哪些主要矿物?

3、球粒中的主要矿物的化学成分是什么?

4、样品中有没有铁纹石和镍纹石?有多少?

5、铁纹石和镍纹石的化学成分是什么?

6、样品中有没有橄榄石、辉石、长石?有多少?

7、橄榄石、辉石、和长石的主要元素化学成分是什么?

8、橄榄石、辉石、和长石的微量元素化学成分是什么?

      有了以上这些分析数据,就能确定疑似样品是球粒陨石、无球粒陨石、石铁陨石或铁陨石。

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