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球粒陨石,蕴含着太阳系早期的重要信息

什么是球粒陨石?

具有独特的球粒结构的石陨石成为球粒陨石;除H、He和其他挥发成分外,其化学成分最接近于太阳的成分。球粒陨石中常含有大量毫米级球粒。但球粒陨石的术语可以应用于任何成分与太阳接近的陨石,I型碳质球粒陨石虽然没有球粒,也归类于球粒陨石之中。

球粒陨石被认为是原始太阳星云凝聚产生的最原始的物质,各种球粒陨石在化学、矿物学、岩石学、同位素成分等方面有很大的差别,表明它们经历了不同程度的变质作用改造,与原始太阳星云物质产生了不同程度的偏离。

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球粒陨石的来源

球粒陨石主要由4种组分构成,即:球粒、Fe-Ni金属富钙-铝的难熔包体(Ca-Al-rich inclusions,简称CAIs)和似变形虫状橄榄石集合体(amoeboid olivine aggregates,简称AOAs)及细粒基质一般学者认为球粒、金属和难熔包体是在太阳星云内的高温作用(凝聚作用,蒸发作用)形成的,随后许多CAIs、大多数球粒和Fe-Ni金属在其多期加热过程中发生过熔融,基质、一些CAIs和一些球粒陨石(CH及CB球粒陨石)中的金属似乎逃避了这些高温星云事件,虽然大多数球粒陨石在其母体小行星上经受过热的事件(水的蚀变、热变质和冲击变质),但它们未受到熔融和火成分异作用,因此,它们保存了太阳星云内物理和化学作用的记录。

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球粒陨石的成分

球粒陨石的特征是具有球粒。球粒大部分呈球形或准球形,主要由硅酸盐组成。球粒的直径为0.1mm至20mm以上,平均直径为1mm。在矿物成分上,球粒主要由橄榄石辉石或二者混合构成,此外尚有斜长石、石英、玻璃、陨流铁、金属Ni-Fe以及这些矿物组合而成。因此从矿物组成上可分为单矿物球粒、多矿物球粒玻璃球粒。另外,按结晶程度和结晶形态可分为玻璃球粒、骸晶球粒、结晶球粒。

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球粒陨石的化学分类

球粒陨石是最常见的陨石,其化学成分有明显差异,球粒陨石的化学分类反映了陨石之间的原生差异。根据陨石中TFe/SiO2比值,Feº/TFe比值,橄榄石成分和SiO2/MgO壁纸等化学参数,球粒陨石可划分为三类五个化学群:碳质球粒陨石(C群)、顽火辉石球粒陨石(E群)和普通球粒陨石(H、L、LL群)。

按化学成分区分,球粒陨石有以下类型:

碳质球粒陨石(占所有球粒陨石的3.5%)

普通球粒陨石(占所有球粒陨石的95%),再细分为:

H球粒陨石(占所有球粒陨石的44%)

L球粒陨石(占所有球粒陨石的38%)

LL球粒陨石(占所有球粒陨石的13%)

E球粒陨石顽火辉石球粒陨石 (占所有球粒陨石略多于1%)

R球粒陨石Rumuruti (罕有)

K球粒陨石Kakangari (罕有)

F球粒陨石Forsterite (罕有)

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化学性质

顽火辉石球粒陨石是还原性最强的球粒陨石,而碳质球粒陨石氧化性最强,几乎不含金属铁,甚至出现三价铁(磁铁矿Fe3O4),普通球粒陨石介于两者之间。

L群陨石的Ni/Fe比值低于0.3,金属铁对全铁的比值为0.2-0.5,而LL群的金属铁含量甚微,Ni/Fe比值高于0.4,金属铁与全铁的比值一般为0.04-0.11。

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球粒陨石的岩石学分类

球粒陨石的岩石学分类反应陨石形成过程和形成之后经历的变化。根据矿物学和岩石学特征,球粒陨石可以划分为7种岩石类型,代表7种不同程度的变质作用。岩石类型越高,所经历的变质程度越高,变质再结晶作用越明显,矿物、化学和同位素的平衡程度越高。

第1~2型:受到液态水蚀变作用,球粒不明显。水的来源可能是陨石上的冰晶被加热至0℃以上时融化(水蚀变较轻微的第2型),或是含水的硅酸盐在摄氏数百度因脱水而产生(水蚀变较严重的第1型)。

第3型:是基础形态,陨石与原始状态差异不大。易于看到大量原始的球粒。而且陨石拥有较高含量的挥发性物质(包括惰性气体和水),这类陨石从未加热至超过400~600℃,与原始太阳星云物质最为相近。

第4~6型:受到热变质影响,数字越大球质越不明显,而且惰性气体和水含量比1~3型少得多。这类陨石有可能曾埋藏于母天体深处,在被吸积后数百万年内受放射物质加热,温度可能达600~950℃

第7型:受热变质严重影响,虽然陨石保留了原来的化学成分,但球粒已不可见。有理论认为这些是向无球粒陨石过渡的类型。

但没有一种类型的球粒陨石曾遭受足以引致熔融的加热,只有少数罕有的角砾化球粒陨石曾经历撞击而出现部分熔融。

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球粒陨石的研究意义

球粒陨石的研究具有重要意义,其一,球粒陨石的组成与太阳光谱成份一致,而与地球表面和非球粒陨石完全不同,因此它可能代表着原始太阳的组成;其二,球粒陨石的形成年龄(4.6Ga)比任何地球、月球的岩石都要老,为月球、地球和太阳年龄对比提供了依据;其三,其岩石学特征明显与任何已知的行星过程不一致。球粒陨石的“岩石学类型”也是一个广泛用于指示热变质程度的参数,在陨石及其母体小行星研究中常指示封闭温度或峰值温度。球粒陨石由金属颗粒(Fe、Ni合金),陨硫铁(FeS)和硅酸盐以基质和球粒的形式组成:球粒是由毫米大小的硅酸盐聚集而成,且在形成陨石之前便已存在。这种不同物质的混合,并具微细结构,显然不是星云过程的产物,而是一种宇宙沉积的形式。球粒是大多数球粒陨石群的主要组成物质,在未变质的普通球粒中大约占70%~75%体积比,其成因并不清楚,普遍认为球粒形成于太阳星云中的瞬间熔融,也有人认为是凝聚等其它成因,球粒的组成研究也可提供星云加热事件的信息。

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