天文学教程：陨石分类及特征

大流星体在陨落中呈现明亮的火流星，有的甚至白天可见，常伴有呼啸声和爆裂声。由于低层浓密大气的阻尼而减速，产生不完全烧蚀，其残骸落到地面，称为陨石或陨星（Meteorite）。有时，爆裂的陨石碎块像雨似地落下，称为陨石雨。陨石常以发现地命名，如吉林陨石、新疆陨铁（见图7-64）。

图7-64　吉林陨石1号（左）与新疆陨铁（右）（彩图见附录B）

1）陨石的类型

陨石的形态结构和性质多样。按照金属和硅酸盐的相对含量，传统上把陨石分为三类（见图7-65）：石陨石、铁陨石（陨铁）、石铁陨石。石陨石主要由硅酸盐组成。铁陨石主要由铁镍金属组成。石铁陨石的铁镍和硅酸盐大致各半。每大类又分为一些亚类。近些年来在南极地区收集到大量陨石。陨石常有陨落烧蚀的表面特征，可用化学成分、矿物等来鉴别出陨石。

图7-65　陨石的分类

地球矿物有万种以上，而陨石矿物仅140多种，其中只有39种是陨石特有而地球没有的。大多陨石矿物是在宇宙的缺水和还原条件下原生的，少数是陨落以后在地球环境下次生的。即使是陨石和地球都有的矿物，也有结构构造上的差异。

球粒（石）陨石的主要特征是内部散布着0.1 mm到几毫米的球状颗粒（球粒），球粒之间充填着基质（见图7-66左）。它们分为五个化学群：E群（顽火辉石球粒陨石）、H（高铁）群（古铜辉石球粒陨石）、L（低铁）群（紫苏辉石球粒陨石）、LL（低铁低金属）群（橄榄石-紫苏辉石球粒陨石）、C群（碳质球粒陨石）。常把H、L、LL三群合称O（普通球粒陨石）群。按E、H、L、LL、C顺序，金属铁的含量依次减少，氧化程度增高。每群又按岩石学特征再分为六个岩石型。1976年3月8日15时，我国吉林地区发生罕见的一场壮观陨石雨，一团光亮夺目的大火球从东飞来，拖着尾迹，伴随滚雷般爆裂声，变为很多小火球，逐渐变暗，散落在东西长72 km、南北宽8 km、面积500平方千米的地区。收集到100多块、计2600多千克陨石。最大的1号陨石冲击地面时溅起高达50 m的“蘑菇云”，陨击成深为6.5 m、直径为2 m的坑，它重为1770 kg。吉林陨石为H5型，是世界上最大的石陨石。

图7-66　球粒陨石的球粒和基质（左）（彩图见附录B）以及陨铁的维斯台登图案（右）

图7-67　Allende碳质陨石

碳质球粒陨石含碳多（0.8%～3.6%），但实际上却没有球粒，只是它们的性质属于球粒陨石类。它们尤其受重视，因为：①富含挥发元素及其化合物，除了少数元素（氢、氦等）之外，它们的元素丰度与太阳大气的一致，尤其CI型碳质球粒陨石代表太阳系的原始物质；②含有60多种有机物，尤其是前生命有机物（多种氨基酸等）；③有的陨石（如Allende陨石，见图7-67）中有形状不规则的富钙铝包裹体（CAIS），由高温凝聚矿物组成，出现太阳系物质的同位素异常。

无球粒（石）陨石是没有球粒的石陨石。它们在矿物学和结构上近似于地球火成岩，但形成条件和成分不同，按含钙多少又分为贫钙和富钙两亚类无球粒陨石。

铁陨石主要由铁镍金属组成，含镍超过6%甚至65%（地球铁含镍少于3%）。主要矿物是铁纹石和镍纹石，用稀硝酸腐蚀其抛光面就呈现“维斯台登”图案（见图7-66右），这是地球铁镍合金没有的。世界上最大的铁陨石是非洲纳米比亚的霍巴陨铁（质量约60 t），其次是格陵兰的约克角陨铁（约57 t），第三是我国的新疆陨铁（约30 t）。

石铁陨石的化学成分、矿物组成和结构构造兼有石陨石与铁陨石的特征，分为橄榄陨铁和中铁陨石两亚类。

应指出，从成分和演化角度来说，陨石分为原始型和分异型。球粒陨石属于原始型的，除了丢失易挥发元素外，它们由原始星云物质直接凝聚形成，而未经历化学分异，因而代表太阳系形成以来很少变化的原始物质，尤其CI群碳质球粒陨石最原始。其他类型陨石都属分异型的，即经过岩浆和结晶分异而形成。

2）玻璃陨石

玻璃陨石是一种天然玻璃体，一般质量为几克，大小为几厘米，也有大到20 cm的及小于1 mm的，它们呈纽扣状、哑铃状、水滴状等多种形状，一般呈黑色和绿色，也有褐、灰、乳白等色的，有不透明的，也有半透明的，大多有表面流纹等或环状纹及浅坑，说明经历过飞行烧蚀。玻璃陨石与（地球）黑曜岩（玻璃质喷出岩）相像，但玻璃陨石含焦石英、有特殊流纹等重要特征。关于玻璃陨石的成因已争论很久，一般认为可能是地表物质被陨击而形成，也包裹部分陨石物质。玻璃陨石主要分布在四个区域，如表7-3所示，同一区域的玻璃陨石的年龄和性质相似。玻璃陨石以发现地命名，我国雷州半岛发现的叫雷公墨。(www.xing528.com)

表7-3　玻璃陨石分布区

3）月球陨石和火星陨石

在南极区收集的（无球粒）陨石中鉴别出一些来自月球的月球陨石、来自火星的火星陨石。由于月球和火星的逃逸速度小，外来天体陨击它们表面所溅射出的冷凝石块可以抛到行星际运行，有的陨落到地球上而成为月球陨石和火星陨石（见图7-68）。

月球陨石有月球岩石的化学成分及捕获的太阳风气体。例如，MAC-88104和MAC-88105两块（作为一个）来自月球高地，Asuka-881757来自月海玄武岩。从同位素年代分析可得到它们的结晶（抛出）年龄、月-地空间运行时间及落地年龄。有的在月-地空间运行上千万年，有的不到10万年，有的还经历2～3次撞击。有的落地年龄仅几千年，有的达17万年。

有些判据鉴定火星陨石。例如，EETA-79001的成分与火星表土相似，其同位素成分与火星大气一致，其结晶年龄（13亿年）比一般陨石的结晶年龄（约45亿年）小，推断它是火星的火山活动产生的，这类主要包含熔辉长、透橄榄、纯橄三种无球粒陨石成分的陨石又特称为“SNC陨石”。

图7-68　月球陨石（左）与火星陨石（右，彩图见附录B）

4）陨石的年龄和演化史

用放射性同位素测定年代方法可以得到陨石从形成到陨落的演化史。

陨石的形成间隔年龄（即陨石母体经历多长时间形成）常用碘-氙法，即测定129I衰变的129Xe数目来算出。结果得出陨石母体都在较短时期（几百万到二千多万年）内形成。

陨石的形成年龄或固结年龄，即陨石母体形成固结体系至今的时间间隔，常用铷-锶法、铀-钍-铅法测定。结果得出多数陨石母体的形成年龄为（45.7±0.03）亿年，月球和地球也如此，说明太阳系的天体大致在约46亿年前同时期形成。但有些岩石是固结年龄小的，说明它们形成后又经历过热变质及丢失子核的事件。

由于热事件，矿物中放射衰变生成的气体或重核（如238U）自发裂变产生的子核径迹数目就减少，因而可从保留数目定出气体保留年龄和径迹保留年龄，揭示陨石的热历史、冷却率及变质史。

当陨石从母体碎裂出来后，其表面就受到宇宙线高能粒子轰击，发生“散裂反应”，生成“宇宙成因核”。例如，高能质子轰击陨石表面的26Mg生成26Al和中子，写成26Mg（p，n）26Al。测定宇宙成因核的含量，就可得出陨石暴露在空间至今的时间间隔——宇宙线暴露年龄。宇宙线暴露年龄的测定结果表明，石陨石为2万年到8000万年，铁陨石为4000万年到23亿年，石铁陨石约2亿年。

对于已找到但未见到陨落过程的陨石，因地球大气已屏蔽了宇宙线，就不再有新的宇宙成因核，由落地前生成的宇宙成因放射核（14C等）的衰变物含量来测定它陨落多久——落地年龄。由于风化，石陨石落地超过10万年，铁陨石超过50万年后就难识别了。

根据陨石的分析结果，可以追溯它们的形成演化史，给太阳系演化提供主要线索。例如，吉林陨石的形成演化大致如下：45.7亿年以前，从温度2000 K逐渐冷却，各种物质依次凝聚，液滴冷凝为球粒，撞碎的球粒和尘粒成为基质；距今46～45.5亿年，冷却至570～400 K，凝聚物质聚集形成半径约为220 km的陨石母体，母体内升温而发生热变质；从径迹保留年龄（40～39亿年）和气体保留年龄（38.4～23.7亿年）可得到温度依次降到约800 K和200 K，冷却率约为每百万年1 K。母体多次被撞击碎裂；距今约800万年，从母体撞碎而分离出约10 m一块，它碎裂出半径约1 m、质量约9.7 t的吉林陨石，绕太阳公转轨道半长径为1.77 AU、偏心率为0.4721；吉林陨石闯入地球大气，爆裂为陨石雨落下。陨落中，其表层温度超过3000℃，烧蚀形成约1 mm厚的熔壳，共烧蚀掉约30%。其他陨石的演化史大致也经历这几个阶段，只是它们在星云盘的形成部位和环境不同，母体的演化和撞击碎裂及冲击变质程度不同。各类迄今陨石的吸积（聚集）形成条件列于表7-4。从陨石的陨落轨迹的一系列观测可以逆推它的空间运行轨道，很多陨石是小行星带空隙处的原来小行星的碎块。

表7-4　各类球粒陨石的形成条件

*1 bar=105Pa。