如何识别来自火星的陨石.PDF

如何识别来自火星的陨石 孔屏 记得以前谈论火星陨石时，总会有些人感到迷惑，你们怎么知道那些石头是从火星上来的， 什么时候来的？ 如何判断天外来客-陨石 陨石在坠入地球时与大气层摩擦，燃烧，形成熔壳，毫无疑问，熔壳的存在是判断陨石 的最直观标准。除了少数人们亲眼看见坠落的陨石，绝大多数陨石落在了无人的荒野上，后 来被发现。有些陨石的熔壳在地表风化过程中消失，因此区分地球上的石头和天外来客需要 一系列其它指标。首先，绝大多数陨石来自于小行星，这是由于飞溅出的陨石很难逃脱大行 星的引力，而小行星没有足够的能量发生熔融，所以小行星通常没有经过金属核和硅酸盐幔 的分离，金属和硅酸盐是混合存在的。有一小部分陨石经历了熔融，包括铁陨石，石-铁陨 石和纯硅酸盐陨石。总体来说，99%的陨石含有金属，这是判断陨石的第一个指标。区分于 人类制造的金属材料，陨石中的金属含有百分之几或更高量级的镍，这是区分陨石的第二个 指标，当然还有其他的辅助标准，这里就不多提了。 剩下的那 1%陨石不含金属，该怎么判断呢？这部分陨石都经历了核-幔分离过程，不同 的行星体在核-幔分离时所经历的氧化还原状态是不一样的，这会使一些对氧化还原状态敏 感的元素在硅酸盐幔中的含量不一样，因而在一些特征的矿物中这些元素可以起到指纹的作 用，这是我们判断硅酸盐陨石的最主要指标。 上述标准比较简单，直观，复杂一点的还有一个更加权威的标准。陨石都经历了在太空 的遨游过程，在这个过程中，宇宙射线会和陨石表面的元素发生核反应，生成一些特殊的核 素，叫做宇宙成因核素，地球由于大气层的遮挡，宇宙成因核素的含量都非常低，因此只要 测定一下这些核素在石头中的含量，就可以轻易地区分地球上的石头和陨石。 怎么知道某些陨石来自火星 前面提到核-幔分离时的氧化还原状态会影响到一些元素在硅酸盐幔中的含量，人们发现 三类陨石（S，N，C)指示着相同的氧化还原状态，因此他们应该来自于同一个行星。这些陨 石的硅酸盐分异年龄比其他陨石要年轻，表明行星岩浆活动时间较长，应该来自于一个较大 的行星。1983 年科学家发现在其中一个陨石中被困在玻璃中的大气成分与美国航天器测出 的火星大气成分极为相似，因此，人们断定这三类陨石来自火星。 火星陨石提供的信息 我们通过常规的地球化学手段，可以得到火星硅酸盐分异的时间。陨石是被撞击溅出火 星的碎块。硅酸盐分异后，放射性核素 K-40 衰变形成的惰性气体 Ar-40 会在矿物中累积， 从而可以指示硅酸盐的分异时间。但在撞击过程中，惰性气体会逃逸，相当于时钟被重新定 时。测定火星陨石的 K-Ar 年龄，我们可以知道这些陨石什么时候离开了火星。陨石中宇宙 成因核素的含量可用来推断陨石在太空中停留的时间（1），而陨石一旦落入地球，宇宙成因 核素的生成停止，我们还可以通过放射性宇宙成因核素的含量来判断陨石是什么时候落入地 球的。 火星陨石告诉我们元素在金属-硅酸盐相的分配系数，通过与实验对比，我们知道了火星 的核-幔分离时的温度与压力，因而提出了火星的“浅岩浆洋”模型（2 ）。而火星陨石中的 生命迹象更是触发了早期生命的开创性研究。 文献 1. P Kong, D Fabel, R Brown, S Freeman, 2007. Cosmic-ray exposure age of martian meteorite GRV 99027. Science in China D 50, 1521-1524. 2. P Kong, M Ebihara, H Palme, 1999. Siderophile elements in martian meteorites and implication for core formation in Mars. Geochimica et Cosmochimica acta 65, 1865-1875.