关于陨石,你误会了多少?

作者: 缪秉魁

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2013年3月1日,俄罗斯莫斯科,维尔纳茨基地球化学和分析化学研究所用显微镜观察当年2月下旬车里雅宾斯克地区陨石坠落事件后发现的陨石碎片。

陨石,顾名思义,是星星陨落下来之意,也就是天上掉下来的石头。虽然不少人在博物馆见过陨石,但是因为陨石罕见,真正了解陨石的人寥寥无几。随着网络和通信的发展,大家在互联网和电视上经常会看到陨石降落的消息,也有很多因发现陨石而“发财”的报道。因此,国内外都出现了陨石收藏热。

作为陨石专业人员,多年来,笔者接触到很多“陨石”爱好者和要求鉴定陨石的人。然而,很遗憾,送来鉴定的样品中,很少是真正的陨石。这些爱好者往往坚信他们发现的是陨石,有的人说:这块样品磁铁能吸,是陨石;也有人问:有黑色的皮,不是陨石吗?还有的人发现,所捡的石头,与现场四周的岩石都不一样,很独特,无法解释,所以只能是天上掉下来的,是陨石。

到底什么是陨石?陨石有什么价值?应该怎样鉴定陨石?这些问题不时萦绕在笔者心头。

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显微镜看到的球粒陨石中的球粒结构。圆球是太阳星云条件下高温熔融结晶的直接证据。
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陨石是地球之外的物质,它经历了大气层的摩擦烧蚀,表面有黑色熔壳和气印,就像手指按下的手印。
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斜长角砾岩月球陨石(左)对比地球断层角砾岩(右)。

陨石是什么? 

欧阳自远等著的《天体化学》和王道德等著的《中国陨石导论》都明确阐述,陨石是陨星在穿过地球大气层时,因摩擦高温产生烧蚀,最后残留的地外岩石。由此可见,陨石是地球之外的物质,它经历了大气层的摩擦烧蚀,表面有黑色熔壳和气印。近年来,美国“机遇”号火星车在火星上发现铁镍金属块,是天上掉到火星上的小行星物质,这显然也是陨石。因此,广义的陨石概念可扩展到地球之外,即在行星表面发现的来自其他天体的岩石。

陨石有大有小,一般将大块的称为陨石,而对于很小的残余地外样品(毫米级以下),则称其为微陨石。现在奇石收藏市场出现了很多“玻璃陨石”,而且号称“泡酒喝可以治病”,其实,这是巨大陨星降落地球时,与地球发生严重碰撞,造成地表岩石产生强烈的高温熔融,形成撞击坑,并向四周发生溅射而产生的,最远的溅射可能超过数百公里。这种“玻璃陨石”对研究陨星降落事件及其与地球撞击作用过程具有重要科学意义,也是天体化学的重要研究内容,但是,它不是陨石,它的成分主要是地球岩石的熔融产物。

据估计,每年到达地球附近的质量大于100千克的陨星体有1500颗,但到达地面上时残留质量不过10千克左右,因而发现率不过4—5块/年。全球收集保存有近3000次陨落的各类陨石。另外,南极发现了5万多块陨石,沙漠地区也发现了1万多块陨石。

陨石是来自太阳系空间中行星和小行星的物质,行星和小行星是什么类型物质,陨石就有什么可能。类地行星表面主要是硅酸盐岩石,类木行星则是以气体、水、水冰等为主,小行星则可能存在多种铁、石铁、硅酸盐质岩石等类型。另外,彗星有时也会降落到地球,但是彗星以冰为主,它在穿过大气层落在地面的过程中极易挥发,不可能保存。目前所有收集到的陨石,只有铁陨石、石陨石和石铁陨石3类。

陨石为什么那么值钱?

曾有媒体报道过一则《新疆46亿岁陨石标价8000万,与地球同龄》的新闻。这块“陨石”重434克,声称是目击陨石,从地下挖出来的。从照片的样品特征上分析,它没有明显的黑色熔壳,显然排除目击陨石的可能。暂且不论它是否是陨石,仅其标价就传递给人们一个强烈信息——陨石是无价之宝啊。

在本世纪初,我国开始了探月工程,目前已经完成了嫦娥五号月球样品采样返回任务。2020年成功发射天问一号,开展火星探测任务。此前,为了开展火星探测计划的预研究,我国迫切需要火星陨石样品,中国科学院投入巨资购买样品,以每克约1万元人民币的价格购买一块重约700克的目击坠落火星陨石“Tissint”,总投资100万美元。这些故事充分说明,陨石非常珍贵,也具有极高的市场价值。然而,有人一定会提出疑问:陨石不就是一块石头,为什么这么贵呢?

毋庸置疑,陨石具有重要的科学价值,正如中国月球探测首席科学家欧阳自远院士所说:陨石是太阳系的考古样品,对陨石的研究、鉴定和收藏,是认识太阳系起源与演化的重要途径。自古以来,人类一直仰望星空,对宇宙太空充满了憧憬,想了解地球之外的物质世界。在美国阿波罗计划之前,人类只有通过陨石才能窥探太阳系中行星和小行星的物质成分。

为什么说陨石是太阳系的考古样品?这得从陨石的形成过程说起。根据天文学和天体化学研究,太阳系形成于46亿年前的原始星云,由于引力收缩和凝聚作用,随着温度的降低,原始星云在中心部位凝聚形成了原始太阳,而四周星云物质先凝聚形成难熔包体,而后成为球粒,再凝聚成铁镍合金和硫化物,最后是非晶质物质。在这个过程中,上述球粒、难熔包体、铁镍合金等逐渐聚集形成小星子,小星子碰撞捏合,形成不同球粒陨石的母体,这些陨石母体因为日心距的差异,其物质成分和氧化还原程度也明显不同,这就形成了不同类型的球粒陨石。在现在类地行星和小行星带的位置上,小星子又形成更大的小行星,甚至形成行星。因为同位素衰变能和吸积能,大的小行星和类地行星内部发生高温熔融,即岩浆作用,并形成核幔壳的圈层结构。有些小行星和一些因撞击事件溅飞出来的行星物质,经过漫长的地质年代,逐渐与地球相撞,形成了陨石。

因此,不同类型球粒陨石及其内部不同组分记录了太阳系星云演化的过程,而非球粒陨石类型则是行星和大的小行星的岩浆分异作用的产物。所以,陨石是我们研究太阳系演化历史的重要对象。

由于现代科技的发展,人类已经逐步迈向太空,并开展了多种形式的深空探测计划,已经可以直接采集月球等地外星体的样品。目前,已经采集了380多千克的月球样品,也采集了彗星的尘埃样品。对于整个太阳系而言,我们在星体上采集的地外样品非常有限,而陨石是随机来自太阳系不同时间、不同空间的“考古样品”。

科学家正是通过对一块南极火星陨石的研究,发现了该陨石存在疑似的火星远古微生物化石,火星生命就成为一个全球性的科技热点,美国政府也因此批准了美国宇航局的火星探测器计划。南极“ALH 84001”正是因从中发现了可能的火星生命化石而闻名遐迩的陨石。1984年,美国南极陨石考察队在横断南极山脉Allan山地区发现“ALH 84001”陨石,它属于斜方辉石岩型火星陨石。1996年,美国科学家麦凯(McKay D. S.)等人在陨石中发现了蠕虫状碳酸盐管集合体,认为这种形状的集合体应该是水体中微生物“化石”,并提出发现了火星生命的迹象。然而,学者哈维(Harvey R. P.)和麦克斯温(McSween H. Y.)则反驳了该观点,因为他们研究发现,这种形态的碳酸盐集合体可能是因为撞击作用产生的高温(>650℃)的富二氧化碳的流体渗透到因撞击破碎的底部斜方辉石岩中形成的。显然,无法从“ALH 84001”陨石断定是否存在火星生命。但是,这块陨石激发了科学家们对火星生命的好奇心,在很大程度上,推动了美国乃至世界上的火星探测活动。

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2019年10月,法国巴黎,一块157千克重、有5 .5万年历史的菱铁矿八重晶陨石在巴黎德鲁奥拍卖行展出。

墨西哥的“Allende”碳质球粒陨石是科学界非常知名的一块陨石。知名的原因有两方面,一是它对科学有重要的贡献,二是它来自最大的碳质球粒陨石雨,陨石总重超过5000千克。1969年2月8日,墨西哥奇瓦瓦州降落了一场巨大的陨石雨,散落区长5万米,宽8000米。此时,正是美国载人登月阿波罗11号计划的前夕,因此,“Allende”陨石为月球采样返回研究提供了“及时”的预研究样品,而且,此陨石获得了一系列重要科学分析,并为地球化学分析提供了重要的标样。

中国月球探测首席科学家欧阳自远30多年前就开始研究陨石,从中获得了大量的科学信息,尤其对月球科学有了系统深入的研究,最终促进了中国探月工程的启动。

另外,深空探测采集地外样品,一方面成本和代价非常高,另一方面深空探测范围有限,无法取得太阳系不同空间、不同演化历史阶段的样品。显然,陨石是深空探测技术采集的样品所不能替代的,其科研价值不言而喻。陨石的市场价值主要源于它的科学价值,还有就是,陨石太稀少了,物以稀为贵。

在科普和宣传教育方面,陨石是可以直接看到和接触到的宇宙物质,科学探索是陨石的重要内涵,这不但能增加我们对宇宙物质的感知和认识,也会激发青少年对自然科学的爱好和兴趣,所以,国内外博物馆争相收藏陨石并设立专门的科普展柜进行宣传。

陨石的自然探索属性及其科学价值为陨石收藏热潮奠定了基础,另外,陨石还具有高端收藏品的稀有特性。正因为陨石的独特科学意义、自然探索属性和稀有性,必然决定了陨石收藏的巨大内在价值潜力和被热爱的无穷魅力,从而促使陨石的市场增值,形成贵比珍宝的价格。值得一提的是,陨石非常珍贵,价格高昂,但它不是无价之宝,市场上的漫天要价是不合理的。陨石的价格因类型不同和数量多寡,也有一定的市场行情可寻。

陨石与地球上的石头有何不同?

作为奇石爱好者,尤其是陨石爱好者,他们经常到野外考察,寻找各种奇石和标本,所以,他们经常会问:陨石与地球上的石头有什么不同?怎样才能识别区分出陨石?陨石是否含有特殊元素?是否具有特殊的保健作用?等等。下面,我们简要对比一下陨石与地球岩石的相似性和差异性。

陨石来自天外,非常珍贵,是不是因为陨石的成分很特殊,或者陨石的化学成分(如元素)与地球上的化学成分不一样?如果是这样,陨石鉴定是否只要确定这些特殊元素就可以了?其实,虽然地球与火星、金星、水星的化学成分的含量比例存在一定的差异,但是,地球的化学元素与其它行星及陨石的化学元素并无不同。而且,元素起源理论也表明,除了极少量的太阳系外颗粒的同位素有强烈的异常外,陨石和地球、其它行星与小行星的元素和核素都是同源的。太阳系的行星是同一个太阳星云凝聚的产物。这就是说,陨石的元素和同位素与地球是相同的,并无差异。地球是八大行星之一,它与火星、金星、水星非常相像,都具有铁镍核—幔—硅酸盐壳的结构,所以,统称为类地行星。

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2018年10月,波士顿RR拍卖行拍卖一块极为罕见的月球陨石。这是一块编号为“NWA 11789”的月球长石角砾岩,也被称作“Buagaba”或“月球之谜”。它由6个碎片拼合而成,重达5.5千克,一侧可见其熔壳,这是迄今发现的体积最大的月球陨石。
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因颜色美丽、晶体通透而受到市场欢迎,常被人们作为珠宝收藏的“捷克陨石”就是典型的“玻璃陨石”,它不是真正的陨石,其成分主要是地球岩石的熔融产物。

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