第一章 未分异陨石
未分异陨石(Undifferentiated meteorite),直径为亚毫米级至厘米级的硅酸盐球粒是这一集群陨石的标志性特征(岩石学类型为1型和7型的除外),因此又被称为球粒陨石(Chondrite meteorite)。陨石主要由球粒、难熔包体、富含铁镍金属以及硫化物的矿物颗粒、细粒基质等组成。其中,钙铝难熔包体是太阳系中形成年代最早的固体物质之一,因此常被用作确定太阳系物质形成的起始时间点。同位素年代学研究结果表明:在约45.6亿年前,上述的颗粒物质在太阳系原始星云盘中以低速碰撞、相互吸积的方式逐渐形成了球粒陨石的母体。
球粒陨石中的球粒特写(Bjurböle,李博方藏品、摄影)
随着母体的体积逐渐增大,短寿命放射性核素(如26Al)衰变导致的内部温度升高以及星体间碰撞产生的温度和压力使大多数球粒陨石母体内部的矿物发生了改变,产生了不同的岩石学类型。由于太阳系原始星云盘物质分布的不均匀性,形成位置距离原始星云盘核心较远的球粒陨石母体,其内部含有的冰随着温度升高而融化、蒸发,从某种程度上抵消或减少了后续温度的进一步攀升,同时陨石母体中的矿物又与融化后的水产生了不同程度的化学反应,这个过程被称为水蚀变现象;形成位置距离原始星云盘核心较近的球粒陨石母体,受升温影响较大,内部矿物产生了不同程度的均质化和均匀化,这被称为热变质现象。
按照球粒陨石在母体中受热变质和水蚀变影响的程度可将其划分为7个岩石学类型,其中3型球粒陨石中的矿物受影响最小、状态最为原始;1型和2型球粒陨石内部矿物受水蚀变的影响较为明显,并且1型的球粒陨石中没有球粒,主要由层状硅酸盐基质构成;从4型到7型球粒陨石中的矿物受热变质的影响逐渐增强,陨石内部矿物成分逐步呈现均匀化,球粒变形、边界逐渐模糊不清,甚至球粒完全消失,这在一定程度上反映了陨石在其母体行星内部形成位置的由浅至深。
国际上目前使用的球粒陨石岩石学类型划分标准最初是由W. R. Van Schmus和John A. Wood在1967年提出的,此后经过了众多科学家的不断完善,沿用至今。这一体系原本并不包含7型,1975年以来,随着热变质导致的部分熔融、重结晶状态的陨石样本被发现的数量逐渐增多,一部分科学家将球粒陨石的岩石学类型继续向前延伸,规划出了7型,目前已被广泛使用。
根据矿物学、全岩化学成分和氧同位素组成的不同,球粒陨石目前可划分为3类、2群,即普通球粒陨石、碳质球粒陨石、顽辉石球粒陨石、R群球粒陨石和K群球粒陨石(另外还有不能归入上述3类、2群的未分群球粒陨石)。其中普通球粒陨石包括3个群(H、L、LL),碳质球粒陨石包括8个群(CI、CM、CO、CR、CH、CB、CV、CK),顽辉石球粒陨石包括2个群(EH、EL)。
球粒陨石的类、群示意图
绝大多数的球粒陨石经历过不同强度、不同数量的星体撞击事件,这些事件在陨石内部留下了高压矿物、撞击脉、角砾结构和局部熔融等从微观到宏观的印记与伤痕。据此,科学家们制定出了从S1至S6的冲击变质等级,随着数字的增大,陨石受冲击变质的程度逐步增加。
球粒陨石岩石学类型、氧化-还原、水蚀变-热变质示意表(截至2018年末)
说明:此表在Weisberg, McCoy和Krot 2006年发表的图表基础上进行了改进