我发现的第一块南极陨石

□ 中国科学院地质与地球物理研究所 胡 森

我发现的第一块南极陨石

□ 中国科学院地质与地球物理研究所 胡 森

南极为何会储存大量的陨石

南极发现陨石可以追溯到1912年，但直到1969年在南极大和山发现陨石富集区之后，南极陨石回收数量才出现了指数增长。

根据在沙漠发现的陨石数量和面积，可以计算出陨石坠落到地球的通量为20克/106平方千米/年。然而，对于在几平方千米的范围内就可以发现上千块南极陨石的情况来说，这归因于南极特殊的气候和地质背景。首先，南极干燥的环境有利于陨石长久保存，不会因地球风化而消失；其次，南极由陆地组成，因其干燥寒冷的环境，其表面被积雪和蓝冰（一种蓝色的冰。积雪成冰后再经过漫长时间的压实才能形成蓝冰，当可见光穿过它时，由于蓝色光波长较短，容易发生散射而呈蓝色）覆盖，陨石坠落到南极后，会随着蓝冰发生运移，当碰到山体阻挡时，在山前区域的蓝冰会发生明显的消融，使陨石暴露在蓝冰之上，因而可以解释南极为何能在小范围内发现大量的陨石样品。

南极陨石富集规律示意图

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什么是南极陨石？

陨石是从太空坠落到地球的地外岩石，是太阳系形成和演化的“化石”。陨石坠落到地球时，其降落速度一般为10～20千米/秒，由于陨石高速穿过稠密的地球大气摩擦生热，在陨石表面会形成厚约1毫米的烧蚀层，常称之为熔壳，这也是鉴别陨石的重要特征。同时，陨石因高速坠落地球，所以常常可以看到火球从天空滑过。除陨石外，还有不断沉降到地球的地外尘埃，由于其粒度非常小（微米级大小），因而不容易被人们发觉，地球每天沉降的地外尘埃的总量远远超过陨石的重量，可以在黄土中明显检测到这些地外尘埃的信号。

陨石根据发现的时间可以分为降落型陨石和发现型陨石。降落型陨石指陨石坠落后很快就被回收，如我国的吉林陨石、西宁陨石，这些样品由于刚降落后就被回收，因而非常新鲜，是研究地外生命等课题的重要样品。发现型陨石指降落到地球较长一段时间后才被人们发现的陨石，这些样品或多或少地受到地球表面的风化作用。根据发现陨石的地理位置，还有沙漠陨石和南极陨石两种称呼，分别说明是在沙漠和南极发现的陨石。目前，发现型陨石的数量已经达到数万块，而且还在不断攀升，远远多于降落型陨石。

陨石一般以降落的地点或发现的地点来命名，如吉林陨石就是因该陨石雨主要降落在吉林省境内命名。由于近几十年以来在南极和沙漠发现了大量的陨石，而且陨石类型非常多，一般以地名+（年份）+编号的方式来命名。沙漠陨石以发现地点+编号来命名，如NWA 7034说明是在西北非洲发现的第7034块陨石；南极陨石以发现地点+发现年代+编号来命名，如我国回收到的火星陨石GRV 020090，其名称代表该块陨石是2002年在南极格罗夫山发现的第90块陨石。

我国南极陨石回收历程

我国第15次南极科学考察队于1998年在首次格罗夫山内陆考察时发现了4块陨石样品。在随后一年的格罗夫山内陆考察中，又发现了28块陨石样品，其中还包括一块火星陨石、一块灶神星陨石和一块橄榄陨铁，确认了格罗夫山是南极又一个陨石富集区。在接下来的4次格罗夫山考察中，分别收集到4448、5354、1618和583块陨石样品，合计从格罗夫山回收12035块陨石。

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根据成因划分陨石类型

陨石的数量虽然很庞大，但可以根据陨石的主要特征划分为不同的类型，如以陨石中金属（铁纹石和镍纹石）含量的高低，可以将陨石划分为石陨石（金属含量小于30%）、石铁陨石（金属含量30%～60%）和铁陨石（金属含量大于95%）。我国的吉林陨石就是典型的石陨石，东乌珠穆沁陨石是典型的石铁陨石，南丹陨石是典型的铁陨石。以陨石中金属含量高低划分陨石类型由于跟陨石的成因没有密切联系，因而目前主流的陨石分类方式是以陨石是否经历熔融分异将陨石划分为未分异型陨石（球粒陨石）和分异型陨石两大类（见上图）。

未分异型陨石指陨石自形成以后没有受到后期的岩浆分异作用，保持了陨石的初始特性，是太阳系早期形成的岩石标本。根据这些特征，未分异型陨石其实就是球粒陨石，主要包括普通球粒陨石、碳质球粒陨石和顽火辉石球粒陨石。这些陨石的矿物组合、金属含量、硅酸盐的FeO含量等均呈现有规律的分布特征，代表这些陨石在太阳系的形成位置有明显的差异。如顽火辉石球粒陨石中钾、钠、钙等元素常以硫化物的形式出现，说明其形成的位置非常靠近太阳，是在极其还原环境下形成；普通球粒陨石中可见约15%的金属含量、硅酸盐的FeO含量明显高于顽火辉石球粒陨石，说明其形成的位置与顽火辉石球粒陨石相比更远离太阳；CM2型碳质球粒陨石中可见大量的硅酸盐发生了水蚀变作用，形成了大量的层状硅酸盐，说明其形成位置在太阳系的水线附近，更远离太阳。不同类型的球粒陨石根据金属含量、硅酸盐FeO含量、化学成分等还可以再细分为不同的化学群，如普通球粒陨石有高铁（H）、低铁（L）和低铁低金属（LL）三个化学群，顽火辉石球粒陨石有高铁（EH）和低铁（EL）两个化学群，碳质球粒陨石有CI、CM、CO、CV、CK、CR、CH、CB等化学群，最近一些研究发现，球粒陨石中还有少量的特殊球粒陨石，暂时划分为K群和R群。

分异型陨石均遭受过后期的熔融分异，主要包括无球粒陨石、石铁陨石和铁陨石，这三类陨石与地球的圈层结构存在相似的对应关系，如铁陨石相当于地核，橄榄陨铁（石铁陨石的一种）相当于核幔边界，无球粒陨石相当于地球的硅酸盐。无球粒陨石中包含月球陨石（玄武岩质、斜长岩质和混合岩质）、火星陨石（斜方辉岩、纯橄岩、辉橄岩、玄武岩、含橄榄石斑晶玄武岩、二辉橄榄岩和最新发现的表土角砾岩）、灶神星陨石（古铜钙长无球粒陨石、钙长辉长无球粒陨石和奥长古铜无球粒陨石）、原始无球粒陨石（Acapulcoites、Lodranites、Wionaites和Brachites）和其他类型（顽辉无球粒陨石、橄辉无球粒陨石和普通辉石无球粒陨石）。石铁陨石包括两个化学群——中铁陨石和橄榄陨铁。铁陨石根据微量元素划分为12个不同的化学群（IAB、IC、IIAB、IICD、IIE、IIF、IIIAB、IIICD、IIIE、IIIF、IVA和IVB）。

图（a）：1号营地远眺梅森峰，距离营地直线距离约3千米，红色和黄色圈出区域为（b）和（c）图的位置。图（b）：在梅森锋南侧下方碎石带中搜寻陨石，可见大量的原地剥落岩石和少量的外来搬运岩石。图（c）：26次队发现的第一块陨石，黄色虚线圈出的为陨石，后被证实为普通球粒陨石。

我发现的第一块陨石

2009年10月，我登上了中国南极科考船——“雪龙号”，这是中国第26次南极科学考察，更是我的第一次南极科考之旅，我的主要任务是负责南极格罗夫山地区的陨石回收工作。虽然在此之前我接触过上千块南极陨石，但是能亲手发现一块陨石，却是我从事陨石研究工作以来最大的愿望。“雪龙号”经过两个多月的海上航行、靠岸补给和物资准备之后，终于在2009年12月29号抵达1号营地（格罗夫山梅森峰附近），随着“雪龙号”的靠岸我的梦想就要起航了——一定要捡到陨石。在此次格罗夫山考察队中，除了我，还有9位队员，分别来自高校、研究所和媒体单位，其中有两位队友就曾经在格罗夫山地区捡到过不少陨石，一位是队长黄费新博士，他之前参加过两次格罗夫山考察；另一位是首席机械师李金雁师傅，他参加了所有的格罗夫山内陆考察任务。之前的工作已经让他们积累了一定的经验，在这两位前辈的带领下，当时的我信心满满。

12月29号扎营完毕后，队长带领我们向梅森峰挺进，梅森峰是格罗夫山露出冰面规模最大的山体，在其周围可见大量的原地剥离的岩石以及少量沉积岩、麻砾岩等外来岩石，这些现象暗示着梅森峰可能存在陨石。我们决定先往梅森峰西侧勘查，目的有两个，一是调查是否可以找到攀登梅森峰的路径，进而采集峰顶的岩石；二是试探性地寻找陨石。经过一天的寻觅，我们没有任何收获，寻找陨石也需要天时地利，前几次的考察队在梅森峰附近的碎石带和蓝冰上也搜索过陨石，但终因天气和时间的原因没有找到陨石，但是我们并没有气馁，因为这才只是一个开始，回到营地后，队长决定在梅森峰南侧的碎石带（图a）中再考察一天，对梅森峰开展地质、孢粉、测绘和陨石搜集任务。

12月30日，我们来到梅森峰南侧碎石带，这里堆满了大量的原地碎石（图b），在其中搜寻陨石无异于大海捞针。首先，碎石带中大量的碎石不利搜寻，让人眼花缭乱的碎石往往会让我们错过甚至难以分辨出陨石；其次，陨石的搜集工作完全需要徒步进行，除了自己的双腿和双眼，没有其他任何工具可以使用，所以在梅森峰这样的碎石带中搜索陨石不仅要消耗大量体力和视力，更消磨着人的耐心和毅力。但是我一直在鼓励自己，我相信自己的推理，这里一定有陨石，一定是我们错过了，一定还是缘分不到。但是时间过去了很久，我没有任何发现，队友们也没有发现。在这种情况下，我开始有点信心不足，是不是这里没有陨石，是不是我们的搜寻范围和方向不恰当？于是，我们停了下来，调整了一下搜寻范围和方向，我们将平行梅森峰搜寻陨石的线路调整为垂直线路，这样或许可以发现一些外来岩石距离梅森峰远近的分布特征，反过来为搜寻陨石提供线索。在接下来的时间，我在碎石带中来回搜索，仍然没有新发现，我找到经验丰富的李金雁师傅聊了一会儿，他说，“在这样的碎石带中找到陨石难度确实很大”，少聊片刻后我们又各自分散继续搜索陨石。大家心里都知道，如果能在梅森峰找到陨石，不仅是第26次队发现的第一块陨石，也是在梅森峰发现的第一块陨石，将是非常有意义的。我们在梅森峰西侧碎石带没有任何发现，于是转到碎石带最东侧区域（图a中黄色框出区域），经过半天的搜寻依然没有发现，时间已经是下午了，整个碎石带的搜索任务已经接近尾声，大家也都已经筋疲力尽了，而就在我感到最绝望的时候，一块异样的石头突然出现在我视线里，它比其他石头都黑一些，还带点褐色。当我走近观察后，越来越觉得这块石头像陨石。为了看得更清楚，我摘掉了太阳镜（南极的紫外线特别强，要时刻带着太阳镜），这下更像陨石了！为了确认是否是陨石，我趴在地上看，直到看到上面还残留部分熔壳后，我才最终确认这宝贝绝对是陨石，这真是绝处逢生，柳暗花明啊。之后我迫不及待地用对讲机通知大家：“我找到陨石了！”那一刻，我高兴得像个孩子。这是我在南极格罗夫山发现的第一块陨石，也是南极科考队第一次在格罗夫山梅森峰发现的陨石。

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如何鉴定陨石？

1.熔壳和气印

熔壳是陨石最典型的特征。陨石坠地过程必然要高速穿过地球大气，与大气高速摩擦产生的高温会使陨石表面发生熔融，形成厚约1mm厚的熔壳，常呈黑色（特别提示：黑色外表不等于熔壳）。所有降落型陨石表面必然保存经过大气层形成的黑色熔壳，但随着居地年龄（陨石落地至被发现的时间跨度）增加，陨石必然会遭受地球风化作用，熔壳会逐渐消失，特别是风化严重的沙漠陨石几乎都没有熔壳。此外，在熔壳冷却的过程中，空气流动在陨石表面吹过的痕迹也保留下来，叫“气印”。气印的样子很像在面团上按出的手指印。熔壳和气印是鉴定陨石的最主要特征之一。

2011年降落在摩洛哥的火星陨石Tissint，可见清晰的黑色熔壳和气印，图中黑色参考物为1.2厘米

2.球粒结构

统计国际陨石协会数据库中的陨石类型可发现，约80%的陨石为球粒陨石。球粒是太阳系早期星云冷凝形成的球状硅酸盐集合体（橄榄石、辉石和长石），具有圆形的轮廓，因而球粒结构是鉴别陨石的主要特征之一，但不是充分条件，如地球的鲕状灰岩，其形态就是圆形，但不代表它是陨石。

左：我国湖南荷叶塘陨石中的球粒。在背散射电子图像下，可见清晰的炉条状球粒（黄虚线圈出区域）。

右：我国湖南荷叶塘陨石中的球粒。在背散射电子图像下，可见清晰的斑状橄榄石球粒（黄虚线圈出区域）。

3.金属

除少数无球粒陨石外，其他绝大部分陨石都含有金属，因而使用磁铁靠近陨石时会感觉到陨石和磁铁间有吸力。由于地球上有大量的矿物也会与磁铁相互作用，所以磁性不是判别陨石的充分条件。另外，陨石会记录其形成时的太阳系磁场强度，人为的磁性判别过程往往会使陨石重磁化，导致重要的磁性信息重置，因而从科学角度出发，还应避免这种判别，最好的办法是将样品切割开后到显微镜下观察是否有金属颗粒。陨石中的金属与地球的钢材有明显的差异，陨石中的金属主要为铁纹石和镍纹石，相当于地核在高温下缓慢冷却结晶形成的矿物，铁纹石Ni含量约6%，镍纹石的Ni含量一般大于15%；而地球的钢材往往只有一种形态，其中还常含有大量的C、Si等杂质。对于铁陨石，其密度与地球的钢材相当，由于铁陨石主要由铁纹石和镍纹石组成，两者在显微镜下的反射率及抗酸腐蚀的能力会有差异，常可以看到明暗条纹，称之为维氏台登结构，是铁陨石独有的特征。

乌拉斯台铁陨石的维氏台登结构

我国从南极回收到的3型普通球粒陨石（GRV 050002），在正交偏光显微镜下可见清晰的炉条状球粒（白色虚线圈出区域）。

中国南极陨石回收后全部储存在中国极地研究中心的冰库中，尽量保持和南极相同的温度和湿度环境，这有利于陨石的长期保存。陨石回国后急需开展的工作是基础分类，确定从南极回收的这些陨石是哪种类型的陨石标本。目前，已经有2732块格罗夫山陨石完成了基础分类并通过了国际陨石协会的命名，所有完成基础分类的陨石样品对全世界共享。在已经完成基础分类的陨石中，发现其中两块样品为火星陨石，分别是GRV 99027和GRV 020090，还有少量的来自灶神星的陨石、富含金刚石的橄辉无球粒陨石、原始无球粒陨石、顽火辉石球粒陨石、碳质球粒陨石和大量的普通球粒陨石，详情可登录中国极地研究中心极地标本资源共享平台进行查询（http://birds.chinare.org.cn/ index/）。