陨石是地外天体的碎片,它们在穿越地球大气层并到达地表的过程中幸存下来。它们为我们太阳系的形成和演化提供了宝贵的见解。陨石有多种类型,每种都有其独特的特征,研究它们可以帮助科学家了解地球以外天体的组成、结构和历史。

“陨石的矿物学多样性”展示了各种纹理、颜色和 矿物质 在陨石中发现

定义与分类

陨石是源自小行星、彗星甚至其他行星等天体的固体物质碎片,它们进入地球大气层并在与地表的撞击中幸存下来。根据其组成和结构,它们分为三种主要类型:

  1. 石陨石:这些陨石主要由硅酸盐矿物组成,类似于地壳。它们可以进一步分为两个子组:
    • 球粒陨石:这些是最常见的陨石类型,包含称为球粒的小型球形结构,它形成于太阳系历史的早期。
    • 无球粒陨石:这些陨石缺乏球粒,并且经历了熔化和分化等过程,表明它们起源于较小的、分化的天体,如小行星或行星。
  2. 陨石:这些陨石主要由铁镍合金组成,通常还含有微量其他金属,例如 。它们很可能起源于小行星等分化天体的核心。
  3. 石铁陨石:顾名思义,这些陨石既含有硅酸盐矿物又含有金属合金。它们被认为起源于分化天体的核心和地幔之间的边界区域。

研究陨石的重要性

研究陨石提供了有关早期太阳系以及行星、小行星和其他天体形成过程的重要信息。陨石研究如此重要的一些关键原因包括:

  1. 了解太阳系的形成:陨石代表了太阳系中一些最古老的物质,可以让我们深入了解 4.6 亿多年前陨石形成过程中发生的条件和过程。
  2. 追踪行星演化:通过分析陨石的化学和同位素组成,科学家可以推断母体发生的过程,例如分化、火山作用和水相作用 改造,提供有关其地质历史的线索。
  3. 生命的起源:一些陨石含有有机分子,包括氨基酸、糖和核碱基,它们是生命的组成部分。研究这些有机化合物可以揭示地球和其他行星上生命成分的潜在来源。
  4. 影响危害评估:了解陨石的特性有助于评估潜在撞击事件带来的风险并制定减轻这些风险的策略。

矿物多样性概述

陨石表现出广泛的矿物学多样性,反映了它们形成和演化的不同条件。陨石中发现的一些常见矿物包括 黄绿, 辉石、斜长石、硫铁长石、铁纹石和镍纹石。某些矿物的存在及其在陨石中的分布可以提供有关母体的成分、历史以及熔化、结晶和蚀变等过程的线索。

除了原生矿物外,陨石还可能含有通过水蚀变或热变质等过程形成的次生矿物。这些次生矿物可以提供有关母体过去环境条件的信息,例如液态水或热活动的存在。

总体而言,在陨石中观察到的矿物多样性强调了它们作为了解塑造太阳系历史的地质和化学过程的窗口的重要性。

陨石形成过程

陨石的形成过程复杂多样,反映了早期太阳系中存在的多种条件以及随后天体的演化。陨石形成的几个关键过程:

  1. 星云凝结:早期的太阳系最初是一片巨大的气体和尘埃云,称为太阳星云。在这个星云内,温度和压力发生变化,导致气相中的固体颗粒凝结。这些固体颗粒被称为尘埃颗粒,是小行星、彗星和行星等较大物体的组成部分。
  2. 吸积和小行星形成:随着时间的推移,尘埃颗粒碰撞并粘在一起,逐渐形成更大的物体,称为星子。这些星子继续通过碰撞积累更多的物质,最终成长为原行星和行星胚胎。其中一些天体后来成为行星,而另一些则保留为小行星、彗星,或者被逐出太阳系。
  3. 熔化与分化:较大的星子和原行星经历了放射性同位素衰变和引力能的加热,导致熔化和分化。分异是指较致密的物质沉入中心形成金属核,而较轻的物质形成硅酸盐地幔和地壳的过程。这一过程导致了具有不同成分层的天体的形成,例如小行星和地球等分化的行星。
  4. 冲击破碎:在早期太阳系中,星子与其他天体之间的碰撞很常见。剧烈的撞击导致受撞击物体碎裂并喷射出物质。其中一些物质被喷射到太空中,最终以陨石的形式到达地球。
  5. 水蚀变和热变质作用:一些陨石母体形成后,经历了水蚀变或热变质等次生过程。水蚀变涉及与液态水的相互作用,导致矿物质的改变和新矿物组合的形成。热变质作用是由于各种来源的加热而发生的,例如撞击或放射性衰变,导致矿物结构和成分的变化。
  6. 分裂与破坏:一些小行星和彗星由于与较大天体的碰撞或引力相互作用而经历了分裂和破坏。这些事件产生了碎片场,这些碎片最终可能会合并成更小的天体,或者作为流星体散布在整个太阳系中。
  7. 进入和大气破碎:进入地球大气层的流星体会经历强烈的加热和摩擦,导致它们烧蚀和破碎。只有最坚固的碎片(称为陨石)才能在到达地球表面的旅程中幸存下来。

总的来说,陨石的形成涉及太阳系历史上发生的物理、化学和地质过程的结合。研究陨石为了解这些过程以及行星形成和演化早期阶段普遍存在的条件提供了宝贵的见解。

陨石的类型

陨石根据其成分、结构和特征分为几种类型。陨石的主要类型包括:

  1. 球粒陨石:球粒陨石是最常见的陨石类型,主要由硅酸盐矿物组成,包括橄榄石、辉石和斜长石,以及称为球粒的小型球形结构。球粒陨石被认为是原始陨石,因为它们自早期太阳系形成以来经历了最小的改变。它们为太阳系初期的条件和过程提供了宝贵的见解。
  2. 无球粒陨石:无球粒陨石是缺乏球粒并表现出分化和熔化证据的陨石。它们源自不同的母体,例如小行星或行星,在那里发生了熔化、结晶和火山作用等过程。无球粒陨石根据其矿物学和岩石学特征被细分为不同的组,包括纯辉长岩、闪长岩和福华长岩,据信它们起源于小行星 4 号灶神星。
  3. 铁陨石:铁陨石主要由铁镍合金组成,还含有少量其他金属,例如钴和硫。它们被认为起源于分化的小行星或星子的核心。当用酸蚀刻时,铁陨石通常表现出特有的魏德曼图案,这是镍铁矿物共生的结果。与其他类型相比,铁陨石相对罕见,但由于其金属成分而很容易识别。
  4. 石铁陨石:石铁陨石含有硅酸盐矿物和金属铁镍合金。它们被认为起源于分化母体的核心和地幔之间的边界区域。石铁陨石主要分为两大类:橄榄石(橄榄石晶体嵌入金属基质中)和中菱铁矿(由硅酸盐矿物和金属颗粒的混合物组成)。
  5. 碳质球粒陨石:碳质球粒陨石是球粒陨石的一种亚型,含有大量碳化合物,包括有机分子、水和挥发性元素。它们是最原始的陨石之一,被认为保存了早期太阳系的物质,相对未发生变化。研究生命起源和向地球输送有机化合物的科学家对碳质球粒陨石特别感兴趣。
  6. 月球和火星陨石:这些陨石是来自月球(月球陨石)或火星(火星陨石)的岩石和风化层碎片,通过撞击喷射到太空并最终降落在地球上。他们提供了有关地质的宝贵信息, 矿物学,以及这些行星体的历史和从航天器任务中获得的补充数据。

这些是陨石的主要类型,每种陨石都为太阳系形成和演化的不同方面提供了独特的见解。通过研究陨石,科学家可以更好地了解塑造太阳系的过程以及形成地球和其他行星的材料。

陨石的矿物成分

对于陨石来说,表面太粗糙 |一些陨石信息|圣路易斯华盛顿大学 (wustl.edu)

陨石的矿物成分因其类型和来源而异。以下是不同类型陨石中常见矿物成分的概述:

  1. 球粒陨石:
    • 球粒:这些是球形到不规则形状、毫米大小的颗粒,主要由橄榄石、辉石和玻璃状材料组成。球粒是球粒陨石的定义特征之一,被认为是通过太阳星云中的快速加热和冷却事件形成的。
    • 矩阵:球粒陨石中球粒周围的细粒物质称为基质。它由橄榄石、辉石、斜长石、铁镍粒等多种硅酸盐矿物以及有机质和硫化物组成。
  2. 无球粒陨石:
    • 辉石:无球粒陨石通常含有辉石矿物,如斜方辉石和单斜辉石,它们是火成岩过程和分异的标志。
    • 斜长石:一些无球粒陨石含有斜长石 长石是陆地上常见的矿物质 火成岩.
    • 黄绿:橄榄石偶尔会在无球粒陨石中发现,特别是在玄武岩无球粒陨石(如纯辉石)中。
    • 马斯凯利石:这是一些无球粒陨石的特征,例如闪长岩。 Maskelynite 是一种 斜长石 它已经经历了冲击引起的玻璃状材料的转变。
  3. 铁陨石:
    • 铁纹石和镍纹石:铁陨石主要由金属铁镍合金组成,其中铁纹石和镍纹石是主要成分。这些矿物通常表现出独特的晶体图案,称为魏德曼图案。
    • 施赖伯铁矿和硫铁矿:铁陨石还可能含有微量矿物,例如磷铁矿(一种铁镍磷化物)和硫铁矿(一种硫化铁)。
  4. 石铁陨石:
    • 黄绿:石铁陨石,特别是橄榄石,含有嵌入金属基质中的橄榄石晶体。
    • 金属相:这些陨石还含有与铁陨石中发现的类似的金属铁镍合金。
  5. 碳质球粒陨石:
    • 有机物:碳质球粒陨石富含有机化合物,包括复杂的碳分子,如氨基酸、糖和碳氢化合物。
    • 水合矿物质:一些碳质球粒陨石含有水合矿物,如页硅酸盐(粘土)和水合硅酸盐,表明它们与母体中的液态水相互作用。
  6. 月球和火星陨石:
    • 辉石和斜长石:月球陨石主要由辉石和斜长石组成,与月球陨石类似 岩石 在月球表面发现的。
    • 玄武岩矿物:火星陨石,如镁辉石、钠辉石和辉石,含有橄榄石、辉石和斜长石等玄武岩矿物,以及冲击脉和玻璃状物质等独特特征。

总体而言,陨石的矿物成分为其形成过程、地质历史以及早期太阳系普遍存在的条件提供了宝贵的线索。

陨石群内的矿物多样性

一片布拉辛橄榄石。这块陨石是白俄罗斯共和国的一名女学生于 1968 年发现的。同样,圆形的深色材料是橄榄石颗粒。浅灰色的材料是铁镍金属。照片来源:兰迪·科罗特夫  
金属、铁和镍|一些陨石信息|圣路易斯华盛顿大学 (wustl.edu)

陨石群内的矿物学多样性受到母体条件、经历的过程和年龄等因素的影响。以下是一些常见陨石群中矿物学多样性的简要概述:

  1. 球粒陨石:
    • 普通球粒陨石:普通球粒陨石具有一系列矿物成分,包括橄榄石、辉石、斜长石、硫陨石和金属。它们的矿物相对丰度可能有所不同,这可能反映了其母体的热历史和化学历史的差异。
    • 碳质球粒陨石:碳质球粒陨石以其丰富的有机含量和水合矿物质而闻名。除了橄榄石和辉石等硅酸盐矿物外,它们还含有复杂的有机化合物、层状硅酸盐(粘土)、碳酸盐和硫化物。这种矿物学多样性表明其母体的水蚀过程可能涉及与液态水的相互作用。
  2. 无球粒陨石:
    • 玄武质无球粒陨石:玄武岩无球粒陨石如纯辉石,主要由辉石和斜长石组成,含有少量橄榄石, 铬铁矿钛铁矿。一些锂辉石还含有马斯基利石,这是一种由冲击变质作用形成的玻璃状材料。
    • 纯橄榄岩和闪长岩:这些无球粒陨石的特点是主要含有橄榄石和斜方辉石。纯橄榄岩主要由橄榄石组成,而闪长岩则含有斜方辉石和橄榄石,以及少量斜长石和铬铁矿。
  3. 铁陨石:
    • 八面体:八面体铁陨石呈现魏德曼花纹,这是由铁纹石和镍纹石晶体共生而产生的。它们还可能含有次要物相,如石镁石、硫铁矿和 石墨.
    • 六面体和紫杉石:与八面体相比,这些铁陨石具有不同的结构特征和矿物成分。六面体相对罕见,主要由镍纹石组成,而紫杉石几乎是纯镍纹石,几乎没有铁纹石。
  4. 石铁陨石:
    • 帕拉铁矿:橄榄石含有嵌入由铁纹石和镍纹石组成的金属基质中的橄榄石晶体。橄榄石和金属相的成分和结构在橄榄石中可能有所不同,反映了不同的冷却和结晶历史。
    • 中菱铁矿:中菱铁矿是硅酸盐矿物和金属相的复杂混合物。它们含有各种硅酸盐,如斜方辉石、单斜辉石、斜长石和橄榄石,以及金属相,如铁纹石、镍纹石和菱镁矿。
  5. 月球和火星陨石:
    • 月球陨石:月球陨石主要由辉石、斜长石、橄榄石和钛铁矿组成,与月球表面发现的岩石类似。它们还可能含有玻璃质物质、冲击脉和冲击角砾岩碎片。
    • 火星陨石:火星陨石含有辉石、斜长石、橄榄石等玄武岩矿物 辉石,以及独特的特征,如激波脉、玻璃状物质和被困的火星大气气体。

陨石群内的矿物多样性反映了其母体经历的地质过程和环境的范围,为了解太阳系的历史和演化提供了宝贵的见解。

陨石母体的矿物学证据

陨石内的矿物学证据可以提供有关其母体的性质和历史的宝贵线索。以下是如何使用矿物学特征来推断有关陨石母体的信息:

  1. 区别:陨石中存在分化矿物,如辉石、斜长石和橄榄石,表明它们的母体经历了某种程度的分化。差异化的矿物是通过熔化和结晶等过程形成的,这些过程发生在大型行星体的内部。含有此类矿物的陨石,如无球粒陨石和铁陨石,很可能起源于曾经熔化和分化的母体。
  2. 球粒:球粒是在球粒陨石中发现的毫米大小的球形颗粒。这些结构被认为是在早期太阳星云中通过快速加热和冷却事件形成的。陨石中球粒的丰度和特征使我们能够深入了解原行星盘中存在的条件以及行星形成早期阶段发生的过程。球粒的存在表明球粒状陨石的母体相对较小,并且没有经历显着的加热和分化。
  3. 有机物和水合矿物质:碳质球粒陨石富含有机化合物和水合矿物,表明其母体经历了水蚀变过程。这些矿物质是通过水和母体岩石物质之间的相互作用形成的。粘土和碳酸盐等水合矿物的存在表明,碳质球粒陨石的母体上存在水,可能以液态水或水合矿物的形式存在。
  4. 金属合金:铁陨石主要由金属铁镍合金组成,通常还含有少量其他金属,如钴和硫。陨石中金属合金的存在表明它们的母体具有金属核心。铁陨石被认为起源于小行星或星子等不同天体的核心,其中金属铁镍合金会分离和结晶。
  5. 冲击特性:一些陨石表现出冲击脉、熔池和高压矿物等特征,这些特征表明其母体遭受过撞击事件。这些撞击特征提供了有关陨石母体发生的地质历史和动态过程的信息。例如,无球粒陨石中存在诸如马氏长石之类的冲击诱发矿物,表明它们的母体经历了高速撞击。

通过分析陨石的矿物学特征,科学家可以推断出有关其母体的大小、成分、分化和地质历史的信息,从而为形成早期太阳系的过程提供了宝贵的见解。

研究陨石矿物学的技术

陨石识别:通过 7 个步骤识别陨石。照片:©Vladimir / Adob​​e Stock
陨石识别:如何通过 7 个步骤识别陨石 |地质学

科学家采用多种技术来研究陨石的矿物学,为了解陨石的成分、结构和形成过程提供有价值的见解。以下是一些常用的技术:

  1. 光学显微镜:光学显微镜涉及在配备偏振光的显微镜下检查陨石的薄片。这项技术使科学家能够观察陨石样本中的矿物结构、粒度和矿物组合。光学显微镜对于识别矿物相并表征它们在陨石样品中的分布特别有用。
  2. 扫描电子显微镜(SEM):SEM 利用聚焦电子束生成陨石表面的高分辨率图像。除了可视化表面特征之外,SEM 还可以利用能量色散 X 射线光谱 (EDS) 来分析矿物颗粒的元素组成。 SEM-EDS 对于识别陨石样品中的矿物相并确定其化学成分非常有价值。
  3. 透射电子显微镜(TEM):TEM 是研究陨石内矿物颗粒的内部结构和晶体学的强大技术。 TEM 涉及通过陨石样品的薄片传输电子束,从而可以对晶体缺陷、界面和矿物成分进行原子级成像和分析。 TEM 对于研究纳米级特征和高精度识别矿物相特别有用。
  4. X射线衍射(XRD):XRD 用于分析陨石样品中矿物相的晶体结构。该技术涉及将 X 射线引导到晶体样品并测量 X 射线与晶格相互作用产生的衍射图案。 XRD 可以识别陨石中存在的特定矿物相,并提供有关其晶体取向、多晶型物和结晶度的信息。
  5. 傅里叶变换红外光谱(FTIR):FTIR 用于分析陨石样品中矿物质和有机化合物的分子振动。该技术涉及用红外光照射样品并测量样品对红外辐射的吸收和发射。 FTIR 可以识别陨石中存在的官能团和分子种类,从而深入了解陨石的矿物学、有机化学和热历史。
  6. 拉曼光谱学:拉曼光谱用于分析陨石样品中矿物颗粒和有机化合物的振动模式。该技术涉及用单色光照射样品并测量样品的光散射。拉曼光谱可以识别特定的矿物相,包括多晶型物和微量矿物,并表征它们的结构特性和成分。
  7. 二次离子质谱(SIMS):SIMS 用于分析陨石样品中矿物颗粒的元素和同位素组成。该技术涉及用初级离子束轰击样品,从而从样品表面溅射出次级离子。 SIMS可以以高灵敏度和空间分辨率测量陨石中各种元素的元素和同位素丰度。

通过结合这些技术,科学家可以全面分析陨石的矿物成分,揭示它们的地质历史、形成过程以及与太阳系其他行星体的关系。