隕石-百科詞條

　　從宇宙空間穿過地球大氣層落到地面上的天然固態物體（流星體），又稱隕星。常常以降落處或發現處的地名命名，例如，落在河南省信陽縣的隕石就稱為信陽隕石。世界的文明古國很早就有關於隕石的記載，例如，大約西元前2000年埃及的“紙草書”上記錄瞭從天外落下來的石塊和鐵塊。

　　中國約有700多次隕石降落的文獻記載，是全世界研究古代隕石最為系統最為珍貴的資料。《春秋》記載瞭西元前645年12月24日在今河南省商丘縣城北的一次隕石降落:僖公公十六年“春，王正月戊申朔，隕石於宋五。”《左傳》解釋說：“十六年春，隕石於宋五，隕星也。”這裡首次提出瞭隕石是星隕至地之說，比歐洲人認識到這一點要早二千多年。在中國和世界上其他一些歷史悠久的國傢中，往往在古代的墓葬中發現一些用鐵隕石制作的器物。這說明古代人很早設法利用隕石瞭。在中國河北省藁城縣的商代中期古墓中，發掘出一件鐵刃銅鉞，經研究證明，銅鉞的鐵刃是由八面體鐵隕石鍛制而成的。在河南省浚縣出土的商末周初的兩件青銅武器，其鐵刃和鐵援部分也是由鐵隕石鍛制而成的。因此，中國是世界上最早用鐵隕石制作武器和其他器物的國傢。

圖1　《春秋》關於隕石的記載

　　隕落過程和現象　在太陽系中，有千千萬萬不同大小的碎塊──流星體，沿著橢圓的軌道繞太陽運動。流星體通常很小。有的流星體較大，與地球相遇落到地球表面，就是人們看到的隕石。

　　當流星體高速沖入地球大氣層時，其前端的空氣受到強烈壓縮，溫度陡升到幾千度甚至上萬度，使隕石表面的物質熔化和氣化。這些氣化物質仍和隕石一起以很高速度往前沖，與地球大氣的分子激烈碰撞而發光，形成耀眼的火球，稱為火流星。有的火流星在夜晚能把廣大區域照得如滿月之夜，甚至如同白晝。火球一般在135公裡以下的高度開始發亮，到10公裡以上的高度消失。在火球消失後一分鐘到幾分鐘內，人們可能聽見霹靂般的爆炸聲和雷鳴般的隆隆聲。有時地震儀能記錄到較大隕石的沖擊波信號和隕石落地時產生震動的信號。

　　1908年6月30日發生瞭著名的通古斯隕星事件。這天早晨，在俄國西伯利亞上空突然出現瞭一個大火球，比太陽還亮，同時發出震耳欲聾的爆炸聲，在1，000公裡以內都可以聽到。隕星的沖擊波摧毀瞭幾百平方公裡的森林，樹木大片大片地倒下，各個地球物理觀測站的地震儀記下瞭這次不平常的地震，並記錄瞭繞行地球兩圈的、強烈的空氣沖擊波。據推測這可能是一顆直徑約70多米的小彗星的冰核與地球相遇造成的。

　　隕石在地球大氣層高速下降時，受到高溫高壓氣流的沖擊，有的隕石會發生爆裂。爆裂後的許多隕石碎塊落向地面，這種現象稱為隕石雨。世界上最大的隕石雨記錄是1976年隕落在中國的吉林隕石雨。

　　隕石著陸時撞擊地面形成的坑穴，稱隕石坑（圖2）。大多數隕石質量不大，隕落時受到大氣的阻力，落地前的速度已減小，一般為每秒幾十米到300米左右，因此形成的隕石坑較小較淺。而當一個非常大的隕石與地球相遇時，大氣的減速作用不夠，隕石就會以高速與地面相撞，巨大的動能在一瞬間釋放出來，將大部分隕石物質和碰撞點附近大量的地面物質完全粉碎並氣化，形成一個大隕石坑，坑的直徑比隕石大得多，有的很像爆炸坑。隕石和地球物質的碎片和熔化滴粒散佈在隕石坑周圍的廣大區域。

圖2　吉林1號隕石坑

　　世界上已知有78個大型隕石坑，最著名的是美國的亞利桑那隕石坑（圖3），坑的直徑達1，240米，深達170多米，坑的四周比附近地面高出40米左右。經過考察和分析得知，這個隕石坑是大約兩萬年前，由一個直徑約60多米、重10多萬噸的鐵隕石以每秒20公裡左右的速度撞擊而成的。

圖3　亞利桑那隕石坑

　　在一些行星和衛星（例如月球、水星、火星及其衛星）表面上，也分佈有許多大大小小的隕石坑，大的隕石坑也稱作環形山。

　　大小、形狀和特征　隕石大小不等。在一場大隕石雨中，常發現一些比豌豆還小的隕石，也同樣有黑色的熔殼包著整個小隕石表面。它們雖小，仍然是完整的隕石。世界上最大的石隕石是中國的吉林1號隕石，重1，770公斤；其次是美國的諾頓-富爾內斯隕石，重1，079公斤；占第三位的是美國的長島隕石，重564公斤。最大的鐵隕石是非洲納米比亞的戈巴隕鐵，重約60噸；其次是格陵蘭的約角1號隕鐵，重約33噸；占第三位的是中國的新疆大隕鐵，重約30噸。

　　隕石的形狀各種各樣，有鈍圓錐狀、多面體狀、橢球體狀、扁球形，還有各種不規則的形狀等等。

　　隕石表面一般都有一層很薄的（小於1毫米）黑色或深褐色的熔殼，是隕石在大氣層隕落過程中由於高溫使表面熔化，後來在速度降低時冷卻凝固而成的。隕石表面的另一特征，就是有許多像河蚌殼、指印形狀的小凹坑，這是隕石與高溫氣流相互作用燒蝕後留下的痕跡，叫作氣印（圖4），可以根據氣印的排列狀況和熔殼上熔凝物質流動的痕跡來判定隕星在大氣層中飛行的方位。

圖4　隕石的熔殼與氣印

　　隕石的比重一般要比地球上常見的石頭大些。在隕石的新鮮斷面上，有時能見到閃閃發光的金屬顆粒和金黃色的硫化物細粒。大多數石隕石中還可以看到許多小球粒。鐵隕石像人工冶煉的鐵塊，但具有灰色的熔殼，把鐵隕石切開往往能見到黃色的硫化物包體。大多數鐵隕石還具有特殊的合金結構。

　　類型　根據對全世界已收集到的近3，000次隕石的研究，按礦物組成和化學成分，隕石可分為三類：石隕石、鐵隕石、石鐵隕石。石隕石主要由矽酸鹽組成，含有少量鐵鎳金屬和鐵的硫化物。鐵隕石主要由鐵鎳金屬組成，含少量鐵的硫化物、磷化物和碳化物。石鐵隕石由大致相等的矽酸鹽和鐵鎳金屬組成。

　　石隕石　最常見的隕石，按目睹降落的隕石次數統計，石隕石占全部隕石的92％。石隕石又可分為球粒隕石與非球粒隕石，其中球粒隕石占全部隕石的84％。

　　球粒隕石內部一般都散佈著許多球狀顆粒，直徑從零點幾毫米至幾毫米。這種球粒結構是特殊的，在地球上的巖石內部還沒有見到。球粒的主要成分是橄欖石和輝石。除瞭球粒部分外，還有基質部分，主要是由一些結晶程度不同的橄欖石、輝石、長石、鐵鎳金屬和隕硫鐵組成的。

　　按照化學成分和礦物組成，球粒隕石分為五類，見上表：

球粒隕石的化學分類和礦物組成

圖5　貴州清鎮頑火輝石球隕石

　　非球粒隕石不含有球粒，是一種粗粒的晶質隕石，它同玄武巖和純橄欖巖這類地球巖石相似。非球粒隕石中橄欖石的含量比球粒隕石少，長石一般含有豐富的鈣。

　　石鐵隕石　石鐵隕石是介於石隕石和鐵隕石之間的過渡型隕石，它又分成幾種，其中較常見的為橄欖鎳鐵隕石（又稱巴拉斯隕鐵）和中鐵隕石（又稱中隕鐵）。

　　鐵隕石　主要由金屬鐵、鎳組成，它的一個重要特征是鎳的含量高，地球上自然鐵中鎳的含量不超過3％，一般在1％以下，而鐵隕石中的鎳含量都超過5％。鐵隕石有兩種重要的鐵鎳合金礦物。一種是鐵紋石，鎳的含量占4～7％；另一種是鎳紋石，鎳的含量占20％以上。將鐵隕石表面拋光並用稀的硝酸溶液蝕刻，大多數鐵隕石上會出現一種特殊的花紋（圖6），由交叉條帶組成，呈網狀，而條帶又被一些發亮的狹窄細帶圍繞，條帶是鐵紋石，細帶是鎳紋石，這種花紋稱作維斯臺登圖案，具有這種花紋的鐵隕石稱作八面體鐵隕石。鐵隕石中常見的礦物是鐵紋石、鎳紋石、隕硫鐵等。地球上的自然鐵中是沒有這種花紋的。根據科學工作者的研究，發現熔化的鎳鐵在異常緩慢冷卻的條件下，才會結晶出這種花紋。

鐵隕石分類表

　　到1978年底為止，在中國已收集到54次隕石，其中27次為石隕石（其中1次為世界極稀少的頑火輝石球粒隕石，其他26次為H群、L群和LL群的普通球粒隕石）；27次為鐵隕石，都屬於八面體鐵隕石。

　　除石隕石、石鐵隕石、鐵隕石三種外，微隕石和隕冰也應屬於隕石的范疇，隻是它們或者特別微小，或者特別稀少罷瞭。微隕石是一種降落到地球上的宇宙塵，直徑一般不到1毫米(圖7)。它們有的是飄蕩在宇宙中的微流星體，在地球引力作用下進入地球大氣層，同空氣分子碰撞產生的熱不足以使它們自身氣化，像灰塵一樣緩緩地從地球大氣中飄落；有的是隕石穿過大氣層時從隕石表面吹落下來的熔融物質，或隕石爆裂時破碎成的碎屑。微隕石的主要成分是鐵和鎳，也含有一些矽、錳、鎂、鈷等元素，一般具有磁性。隕冰是一種罕見的來自行星際空間的冰塊，到達地面後不久便化為水。隕冰數量極少，目前還很少研究。

圖7　微隕石（圖中斜線是一根頭發）

　　化學成分、礦物和有機物　隕石中總共發現有106種礦物，其中有24種是在地球上尚未發現的。隕石礦物形成的條件不同於地表，一般是在比較缺水和偏於還原的條件下形成的，因此，隕石礦物中很少見到氫氧化物和Fe⁺³的化合物。

　　組成隕石的近百種化學元素同組成太陽、地球、月球等太陽系天體的化學元素是一樣的。非球粒隕石的化學成分同地球上的超基性巖、基性巖和基性火山巖的化學成分相近，而其他類型隕石的化學成分同地球巖石差異較大。根據對隕石的礦物、化學、同位素組成及成因的研究，C₁型碳質球粒隕石的元素豐度可能代表太陽系的平均元素的豐度（氫、氦除外）。

C₁型碳質球粒隕石的元素原子豐度（Si=10^-6）表

　　七十年代初，美國科學傢分析瞭兩塊碳質球粒隕石，第一次發現並證實瞭隕石中存在有機化合物。現在在隕石中（主要是碳質隕石）已發現60多種有機化合物。這些有機化合物是在原始太陽星雲凝聚的晚期，在低溫和富含揮發成分的環境中合成的。在地球形成之前，已經有一些構成生命物質的基本鏈條。隕石中有機化合物的成因，多數人認為是非生物合成的“前生物物質”。在原始星雲的凝聚晚期（溫度為360～400K，壓力為4×10^-6～10^-5大氣壓），星雲中的 CO、H₂、NH₃、H₂S等，在Fe₃O₄、Fe、Fe-Ni或 H₂O的催化作用下形成一系列有機化合物。在星雲物質聚集形成星子時，這些化合物被包含在隕石母體中。地球形成時也應該有大量的有機化合物加入，但後期的復雜的地質過程使這些有機物難於辨認，而隕石母體卻保存瞭形成時的各種有機化合物。有些人還認為在星雲中的放電過程或在強的紫外輻射條件下，星雲中的CH₄、H₂O、NH₃、H₂等有可能合成氨基酸和其他有機化合物。也有人認為由於太陽風或宇宙線的作用，星雲中塵埃表面俘獲的星際有機分子進一步演化，形成復雜的有機化合物。關於隕石中各種有機化合物的成因研究，目前主要是通過人工模擬合成，期望得到完滿的理論解釋，為探索生命前期的化學演化過程開拓新的前景。

　　年齡　隕石是太陽系的“考古”標本，因而測定隕石年齡對太陽系演化的年代學研究有重要的意義。根據隕石中鈾、釷、鉀、鉛、鉈、鉍和稀土等元素的同位素組成的測定和計算，形成太陽系元素的年齡為54±4億年。元素形成後至太陽星雲凝聚之間的“間隔年齡”，根據隕石中測定的碘-氙年齡和钚-氙年齡，大約是1～3億年，而根據隕石中²⁶Al-²⁶Mg測定的“間隔年齡”大約是100萬年。根據各類隕石中⁸⁷Sr/⁸⁶Sr、Sm和Nd的同位素初始比值的測定，太陽星雲開始凝聚的時間，是在距今47億年以前。根據隕石中習用的 Rb-Sr、U-Pb、Th-Pb、Pb-Pb、Sm-Nd等年齡測定方法，測得太陽系中各類隕石凝結的年齡大約是45～46億年，這也可以作為太陽系各行星形成的年齡。根據對隕石中⁴⁰Ar-³⁹Ar、K-Ar和U-He年齡的測定以及對U-Pu徑跡年齡的測定，可以確定隕石母體對稀有氣體Ar、He的保存年齡和礦物中徑跡保存的年齡，這就為我們探討隕石母體的大小、行星和隕石母體的熱變質溫度、內部的冷卻速度等的歷史提供瞭有效的方法。隕石母體在太陽系空間運行過程中，由於受碰撞而破碎，碎片直接暴露在宇宙射線之下，形成近60種宇宙成因核素。測定隕石中的某些宇宙成因核素，能有效地用來計算隕石的暴露年齡和隕星在太陽系空間運行的某些軌道要素。隕石的暴露年齡的頻譜和月球各種月坑的暴露年齡(月坑的形成年齡)的頻譜，給我們描繪瞭太陽系空間碰撞事件的某些規律。隕石的“地面年齡”的測定，即隕石中的某些放射性宇宙成因核素的測定，可以計算隕石降落在地面的時間，使我們能夠考察沒有文字記載的隕石的降落年齡。

　　對隕石中宇宙成因核素的研究，為我們探討銀河系宇宙線的成分、能譜和通量，認識宇宙線的長期變化規律，弄清高能核反應的特點，恢復隕石在通過大氣層前的大小和形狀，瞭解隕落時的運動狀態和通過大氣層後的燒失量等，都能提供極有價值的科學資料，因而人們認為隕石也是宇宙空間的天然“探測器”。

　　隕石與太陽系演化　一百多年來，運用近代的科學方法對隕石開展瞭多學科的綜合研究。尤其在現代，科學工作者應用新的實驗手段，如中子活化、電子探針、質子探針、質譜儀等，使隕石研究獲得大量的新資料，從而有力地促進瞭太陽系起源和演化的研究。

　　近年來，發現隕石中的氧、鎂、鈣、鍶、鋇、釹、釤、碲、鈾和各種稀有氣體同位素組成，有明顯的異常。這種異常的原因可能是當星雲在凝聚形成行星和隕石母體時，有鄰近超新星爆發的產物進入其中，使星雲受到污染；或者在星雲中殘存著“前太陽”的組成成分，而星雲的分餾、凝聚過程又沒有稀釋或消除這種影響。因此，太陽系的物質來源有可能不是單一的。在許多碳質球粒隕石中的富含難熔相的包體礦物中，均發現²⁶Mg有不同程度的異常。²⁶Mg是由²⁶Al衰變形成的，礦物中²⁷Al/²⁴Mg比值與²⁶Mg/²⁴Mg比值呈現明顯的正相關關系。²⁶Al不可能是太陽系元素形成時殘留下來的²⁶Al，而是星雲凝聚形成隕石包體時，由鄰近超新星爆發而新產生的²⁶Al，註入星雲，使富A1礦物中的²⁶Mg/²⁴Mg比值增高。

　　有些學者對隕石、月球和地球物質中的¹⁷O/¹⁶O及¹⁸O/¹⁶O進行瞭研究，指出碳質球粒隕石有相對過剩的¹⁶O。¹⁶O隻能在元素形成時由He燃燒而形成，¹⁶O組成的異常表明有超新星爆發的物質進入星雲。根據氧同位素的研究，可以將太陽系物質分為六種不同的來源。在一些隕石中還發現Sm、Nd、Ba、Sr同位素組成的異常，Xe同位素的“V”型異常，這些證據都說明隕石中確實存在過某些“已滅絕”的元素，如²⁴⁴Pu、²⁴³Am等。

　　根據對隕石的研究表明，星雲的凝聚過程，最早是難熔元素及其氧化物的凝聚，接著是鈣、鎂矽酸鹽和鐵鎳金屬凝聚。堿金屬矽酸鹽大約在1，100K凝聚，680K開始有硫化鐵凝聚，400K形成含水矽酸鹽，溫度再降低時則有水、幹冰等物質的凝聚。

　　通過對各類隕石和某些行星、月球的微量元素的研究，得知一些行星、月球以及某些隕石形成時的溫度:水星約1，400K，金星約900K，月球650～700K，地球約560K，火星約480K；普通球粒隕石中H群約570K，L群約455K，LL群約450K；碳質球粒隕石小於400K，木星可能為220K。

　　隕石母體、月球和類地行星內部的化學演化過程，主要與行星的質量和組成該行星的初始化學成分有關，大致可以分為三種類型。①隕石母體型（小行星型）。由於質量小，內部積累的能量少且能量散失快，因而隕石母體內部一般難於產生局部熔融，也不發生構造巖漿運動，難於分化出核、幔和殼的結構。元素在隕石母體內的移動僅以固體擴散的方式，即熱變質過程進行。熱變質溫度一般小於1，000℃。②火星-水星-月球型。它們在形成後的10～20億年期間，由於積累的能量相當高，內部發生局部熔融，並產生劇烈的構造巖漿運動。親鐵元素和FeS在深部富集而形成核及幔的一部分，而較輕的親石元素在表面富集而組成幔的一部分和殼。形成20億年後，一般沒有大面積的火山噴發，逐漸演化成為內部僵化的星體。大氣層一般都很稀薄。它們的外貌特征是由古老的火山作用和隕石向表面沖擊造成的。③地球-金星型。在形成46億年以來的漫長歲月裡，星體內部物質不斷地產生局部熔融、化學分餾，從而逐步形成核、幔和殼。行星內部的除氣過程所排出的氣體，為行星所俘獲，形成濃密的大氣層，甚至有水圈發育。由於各種內力和外力的作用，星體表面不斷得到改造，而為年輕的地層和巖石所覆蓋。

　　玻璃隕石　一種天然的玻璃物質。一般隻有幾厘米大小，有各種形狀，多數是鈕扣狀和淚滴狀，顏色從深褐色到黑色，不透明。也有少數地區發現的玻璃隕石是綠色和透明的。大多數玻璃隕石的表面上，還有成組的皺紋，這些特征使人們推測玻璃隕石是熔融狀態下高速飛行並迅速冷卻形成的（圖8）。

圖8　玻璃隕石

　　隕石基本上均勻分佈於全球，而玻璃隕石則不同，主要集中分佈在下列一些地區，同一地區的玻璃隕石的年齡彼此也很接近。①亞澳散佈區。包括中國的雷州半島和海南島、印度支那半島、菲律賓、澳大利亞、印度尼西亞等地。除澳大利亞的富鈉玻璃隕石年齡為300～400萬年外，這一地區的玻璃隕石均為70萬年左右。②象牙海岸散佈區。包括象牙海岸、加納及其附近海域。這一地區玻璃隕石的年齡約為100多萬年。③莫爾達維散佈區。在捷克斯洛伐克西南部伏爾塔瓦河流域。這一地區玻璃隕石的年齡為1，500萬年左右。④北美散佈區。包括美國得克薩斯州、喬治亞州和華盛頓等地。這一地區玻璃隕石的年齡最大，約為3，200～3，400萬年。

　　中國是世界上最早記錄玻璃隕石的國傢。中國古代，稱這種玻璃隕石為雷公墨，早在一千多年前唐朝學者劉恂所著《嶺表錄異》一書中就有記載：“雷州驟雨後，人於野中得石如黳石，謂之雷公墨。扣之錚然，光瑩可愛。”

　　從化學成分看，各個區域的玻璃隕石含有68～82％的二氧化矽，10～16％的氧化鋁，這與一般隕石的成分很不相同，而與地球上一些砂巖比較接近，不過缺少一些容易揮發的物質，如水、二氧化碳等等。在一些玻璃隕石中還發現有鎳鐵顆粒，表明這些玻璃隕石的形成與鐵隕石有關。在核武器爆炸試驗時，曾經把地球表面一些巖石熔融成近似玻璃隕石的物質。

　　玻璃隕石的成因仍是一個尚未最後解決的謎。今天多數隕石學傢認為是巨大的隕石或彗星（核）與地球相遇，猛烈沖擊地球表面的砂巖物質，巨大的動能轉變為熱能，濺射出大量的熔融物質並在高空迅速冷卻，還來不及結晶。便形成瞭這種玻璃物質。（見彩圖）