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梁云焘:陨石鉴别基本法

2026 08 23 21:56:33

陨石(Meteorite),就是宇宙天体物质,因冲击、爆裂、逃逸或摄动、变轨,形成陨原体,陨原体被动进行消耗性航天且被另一星球(如地球)俘获,而环绕、陨落及陨烧、冲压、耗散,甚至空中破裂、爆炸,剩余部分着陆的产物。

图1.月球暗紫色月壤钙长石角砾岩陨石

在陨石的猎寻、鉴别、研究和利用实践中,根据陨貌特征鉴别、筛选陨石是首要的能力。

在地球环境中,陨石几乎均衡的散落于各个地方。水往低处流,石往低处滚。

图2.玄武岩质辉玻无球粒陨石

陨石藏于乱石中;陨石藏于沙漠、戈壁中;陨石藏于草原、草地中;陨石藏于山峪、沟壑中、陨石藏于河滩、河道中。入土、入水(洋、海、江、河、湖)、入沼等的陨石,自然不好寻找。

图3.疑是水星陨石

陨石与地球岩石的区别,即天石与地石的区别,主要在于形成机理、石貌、体形和岩石、矿物、元素组分、磁性的不同,一般在密度、铁磁性上也有较大的差别。

图4.火星定向玄武岩辉玻无球粒陨石

地球上得到的陨石,其形成过程主要有三大关键节点:

一是陨烧。陨原体以高超音速(≥5马赫)与空气剧烈摩擦,骤然产生高温和2000℃左右的超高温,使自身表面矿物质液化、汽化,同时和空气被电离成等离子体,火光四射,形成陨烧状态,陨原体形成复杂的熔流烧蚀态。同时,以高超音速飞落的陨原体使空气产生激波,因极速压缩其周围的空气,产生连续的音爆和巨响,这种情况随天气而异。

二是气塑。熔融热软的陨原体以高超音速与空气相对应的超高压(≥100Gpa),形成天然陨烧风洞效应,在压强大于100Gpa的超高压和超高温条件下,对热软的陨原体进行冲压和陨塑,会局部或全部形成气印、流线型曲面、部分近似流线型陨体或全近似流线型陨体。

三是撞陆。飞落且未耗散完的陨原体,以大于5马赫的高超音速呼啸着冲向地球,冲击着陆,陨原体与陆地之间形成软对硬或软对软的碰撞,再加上陨原体极近冲击地面的瞬间,冲击着陆形成空气冲压反弹的气垫效应,碰撞破坏力被适度减弱,着陆热软的陨石必然形成程度不同的着陆面、落地印迹、落地损伤、落地皱褶、落地摔歪、落地裂隙等落地形变。特殊情况下,会形成二次反弹的落地形变。

图5.橄榄玄武岩质辉玻无球粒陨石

坠落于海洋、湖泊、江河和沼泽中陨石,必然有一个入水淬火效应。铁陨石、石铁陨石和石陨石的入水淬火效应,差别是很大的。会产生皱缩、裂解、爆炸、消磁、置磁、岩变、矿变、晶变、相变等变化,且因陨石材质不同而相异。

图6.月球玄武岩质斜长石角砾岩陨石

本文主要从陨石陨貌方面,同时结合天然单质铁(主要是铁纹石)在陨石中的有无,从猎陨、触陨、察陨、研陨等经验方面,在不剖破陨石原石的前提下,给出陨石鉴别、筛选的基本方法,即梁云焘陨石鉴别基本法:

一、看烧蚀形态。观察石头有没有熔壳、熔流纹、熔流线、熔流面、熔流褶、熔流斑、熔流痕、熔蚀坑、熔浆面(陨釉面)、熔浆斑(陨釉斑)、硅酸盐球粒、金属球粒(铁纹石、镍纹石、三稀金属合金等)、金属斑纹、熔长石、陨硫铁、玻璃质熔壳、冲击熔融脉等熔流和烧蚀形态。熔流和烧蚀形态多具有方向性或定向性。

二、看气塑形态。观察石头在天然陨烧风洞效应条件下,有没有气印、气塑定向熔流面、矿物颗渣气塑定向排列流纹、气塑定向熔流皱褶、定向气泡窝、局部或全部气塑曲面、局部或全部气塑流线型陨体、气塑卷边、气塑洼坑、熔浆淹没性排气孔、气塑脊、局部或全部气塑形态(例如水滴形、椭球形、鸭梨形、无鳍鱼形、扁锥形、长棍面包形、馒头形、S形、子弹头形、白萝卜形、茄子形、圆头棒形、厚饼形、扁长饼形、三角翼形、凸凹闭合块形等陨体形状),以及石唇、石脊、石腹、石头、石尾、石曲拱等的空气动力气塑形态。

空气动力气塑形态,一般情况下,也具有一定的方向性或定向性。

通过超高压(≥100Gpa)形成的气塑形态可以分辨 出陨石的陨头和陨尾,一般情况下,陨石的大头是陨头,小头是陨尾;陨石飞落时,大头在前端,小头在后端;陨腹在斜下面,陨脊在斜上面。

三、看撞陆形变。陨石冲击着陆,与地面发生软对硬或软对软的碰撞,由高超音速飞行动态转为静止状态,必然将自身的机械能传递给陆地,受地面物体反作用力的效应,在陨石体上必然或强或弱的形成着陆面、落地印迹、落地皱褶、落地摔歪、落地裂隙、落地损伤(戳、压、碰、剪切)等落地形变。在长期的研陨实践中,发现绝大多数陨石都有一个着陆面,着陆面近似平面,且坑洼不平,永久留下落地形变或撞陆形变。

着陆面是陨石一个非常重要的物理面,通过着陆面与陨石体飞落形成的陨头和陨尾轴线的夹角,可以计算陨石的落地倾角,也可以近似的判断陨石冲击着陆的飞落轨迹。

烧蚀形态、气塑形态和撞陆形变是陨石自带的三大标志性身份证。

以上三看状态必须同时具备,石头才具备了陨石的必要条件,但还不能确定是陨石。

图7.富铁玄武岩质无球粒陨石

在三看的基础上,还要进行两测:

一、测磁性。用高质量和敏感性极强的钕铁硼磁铁,用一最小的环形小块,系上30-40cm的细线,用手提住细线的一端,磁铁向下悬置,缓慢接近石头,观察石头对钕铁硼磁铁的反应,若石头具有或弱、或中、或强的铁磁性,是陨石的可能性更大。也可以用磁度仪表检测拟选石头的铁磁性,为判定提供依据。

有铁磁性,符合绝大多数陨石的通性; 无铁磁性,可能是月球、火星、含三稀金属(稀有金属、稀散金属、稀土金属)的缺铁陨石或者异类,不可随意丢弃,应做深入地研究。

无铁磁性,但有烧蚀形态、气塑形态、撞陆形变的石头,若密度d≥3,也可以定为疑似陨石,具体情况可能是更特殊的陨石。

石头有铁磁性,不一定是陨石。地球岩石中有铁磁性的岩石及矿物很多,如橄榄岩、多数花岗岩、磁铁矿(Fe3O4)、铁辉石、红镍矿(砷化镍)、辉砷镍矿(硫砷化镍)、磁黄铁矿、钛磁铁矿、新铁尖晶石及地球火成岩中有铁磁性的多数基性岩、超基性岩等等。

石陨石比铁陨石、石铁陨石的鉴别难度大得多。在所有陨石中,石陨石是复杂性和鉴别难度非常大的一类。

特别要注意的是天然单质铁(铁纹石、镍纹石)在陨石鉴别中的价值。

天然单质铁不等于铁纹石,也不等于镍纹石。

铁纹石存在于铁陨石、石铁陨石或部分石陨石中,是一种宇宙陨石矿物,也是由铁和镍构成的低温铁镍相合金矿物,由等轴晶系体心式立方体α相铁镍合金组成。含镍5%~7%, 有时含少量约小于1%的钴,成分较固定。在铁陨石中被镍纹石晶片夹在中间呈棒状晶体。在铁陨石磨光面上呈金属灰色。密度8g/cm³,莫氏硬度为4。铁纹石是铁陨石的主要金属合金矿物,但在石铁陨石和部分石陨石中也常见到。

镍纹石为宇宙陨石矿物。存在于铁陨石、石铁陨石中,为高温铁镍相合金矿物,由等轴晶系面心式八面体γ相铁镍合金组成。含镍27%~65%左右,在铁陨石磨光面上呈金属亮白色。密度8g/cm³,莫氏硬度在5→5.5之间。

铁纹石比镍纹石稍软。

天然单质铁是铁纹石和镍纹石(Fe-Ni合金)中两种金属的主体成分。

石头如果有或弱或强铁磁性,并且能够直接看到石头中含有天然存在的单质铁,即含天然单质铁的铁纹石颗粒或大小铁纹石块,且有气印或者熔流纹等烧蚀、气塑、落地形变中的一两个特征,就可以直接确定其为石陨石或石铁陨石。

石陨石中如含单质铁,主要表现是铁纹石;石铁陨石中的单质铁主要表现是铁纹石和极少的镍纹石。

石头或疑似陨石中是否含天然存在的单质铁(主要是铁纹石),也是陨石鉴别的一项重要的判断要点。

图8.玄武岩质辉玻无球粒陨石

二、测密度。简单的可用排水法测其密度,当然手段越精密越好。若密度d≥3,则拟选石头密度达到了石陨石平均密度的最低标准。 如果用以上三看两测的办法进行观测,所有条件同时具备,则可以判断拟选石头为陨石。从科学性、严谨性角度来说,应该说是疑似陨石。

不过,月球陨石的密度变化范围较大,密度低于3g/cm³的也不少。

三大标志身份和岩矿成分是判定陨石的关键。

图9.月球土褐色玄武岩质斜长石角砾岩陨石

若要确定疑似陨石为陨石,必须用质谱仪、电子显微镜、同位素检测等仪器,进行理化、矿相检测或验证。

建立陨石数据库是利用仪器和物化手段检测、判定陨石的数据科学基础。

陨石陨貌,形态丰富多彩,天然单质铁(铁纹石、镍纹石)有无,具有相当大的复杂性、特殊性。本方法只是最基础、最简要的识别陨石之法,有一定的局限性。在具体实践中要注重科学,注重细节,注重非地球物相,灵活分析判定。

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