1976年3月8日15時許,在中國吉林省吉林地區隕落瞭一場世界罕見的石隕石雨。吉林隕石雨隕落過程中,可觀察到火球,並伴隨爆裂的巨響。隕石雨分佈面積近500平方公裡,共收集到隕石樣品100多塊,2700千克。其中最大的吉林1號隕石重1770千克,落地時陷進6.5米深的土層(見圖),是世界上最大的石隕石。

  在吉林隕石中,共發現約40種礦物,其中26種為透明礦物,如橄欖石、斜方輝石、白磷鈣礦、長石、鋯石、透閃石、黑雲母、蛇紋石石、方解石、方英石、石英等,14種為不透明礦物,如鐵紋石、隕硫鐵、鉻鐵礦、鈦鐵礦等。經化學分析與巖礦鑒定,吉林隕石屬於H5型高鐵群普通球粒隕石。

  經現場考察和多學科的綜合分析研究,提出瞭吉林隕石形成與演化的綜合模式。

  凝聚過程 吉林隕石的87Sr/86Sr的初始比值為0.7011,銣-鍶模式年齡為(4.70±0.32)×109年,表明吉林隕石物質從太陽星雲中凝聚出來是在距今約47億年前。由鈾-鉛和鉛-鉛法測得吉林隕石固化年齡為45~46億年,這與月球、地球物質固化年齡相近。

  當形成吉林隕石母體的星雲物質冷卻到約2000K時,高溫難熔元素逐漸凝聚,相繼形成鋯石、碳矽石、石墨、鈦鐵礦、尖晶石、鉻鐵礦等;冷卻到1600~1200K時,大量的鐵、鎳金屬凝聚成鐵紋石和鎳紋石,鈣、鎂矽酸鹽凝聚成輝石和橄欖石;冷卻到1100~1000K時,堿金屬矽酸鹽凝聚,形成斜長石、鉀長石、白磷鈣石等;冷卻到1000~570K時,硫化物凝聚成隕硫鐵,形成磷鐵礦等;冷卻到570~540K時,星雲物質在凝聚中已形成的液滴,通過旋轉、冷卻、結晶,甚至相互碰撞形成球粒,小的球粒或塵粒,逐漸吸積和聚集成較大的小團塊。當星雲溫度冷卻到400K以下,大部分含水矽酸鹽如透閃石、黑雲母、蛇紋石等,以及星雲中聚合形成的有機質參與組成瞭吉林隕石的基質。殘留的CO2、CO、H2O和H等氣體,在各種催化物作用下,合成碳氫化合物。在吉林隕石中發現11種氨基酸、嘌啉、色素、正烷烴、芳香烴和類異戊二烯烷烴等20多種有機化合物。

  母體的熱變質過程 太陽星雲中各礦物相的凝聚,塵粒的吸積與聚集,逐漸形成瞭吉林隕石母體。母體內的中、長半衰期放射性同位素衰變產生的能量,促使母體內部加熱,不僅使母體內的稀有氣體產生擴散丟失,而且使母體內的化學成分和礦物成分得以調整和均一化。

  吉林隕石中的放射成因核素40Ar和4He的含量大體呈線性相關,即有同步丟失效應。吉林隕石各樣品的表觀U,Th-He年齡為4~22億年,K-Ar年齡為22~42億年,變化范圍較寬,表明吉林隕石具有極其復雜的熱歷史。

  吉林隕石化學成分比較穩定,屬於高鐵群(H5)球粒隕石。

  吉林隕石中球粒的稀土元素含量與球粒隕石的平均含量相比較,輕稀土元素較貧乏,並呈現出隨原子量減小而貧化愈明顯的特征。吉林隕石中球粒的稀土配分模式表現出Eu相對富集,表明吉林隕石中稀土元素發生瞭明顯的遷移。

  全巖的裂變徑跡研究表明,球粒邊界外的裂變徑跡密度大於球粒內部的密度,說明球粒中鈾的含量低於球間基質,也說明球粒在熱變質重結晶過程中,由於自純化作用,把鈾原子作為雜質排斥到周圍的基質中。

  根據上述特征,確證吉林隕石經歷過熱變質過程。

  母體的冷卻過程 對吉林隕石樣品進行分段加熱,當加熱到1070K時,扇形的輝石球粒晶體繼續增長,表明吉林隕石熱變質溫度約小於1100K。母體受熱後隨著熱能的擴散而冷卻。

  母體破裂及宇宙線照射歷史 吉林隕石中保存有許多受到碰撞破碎的證據,如橄欖石、輝石和隱晶質球粒的碎片,礦物中呈現裂紋,輝石、白磷鈣石呈現出波狀消光的特征,鈦鐵礦有明顯的聚片雙晶,並有輕微的折曲,球粒和基質碎片形成角礫,鐵紋石中出現清晰的由碰撞產生的留曼線。這些事實反映吉林隕石曾受到輕度的碰撞變質影響,沖擊壓一般小於109帕。

  對吉林隕石中的宇宙成因核素 (22Na、26Al、36Cl、40K、46Sc、51Cr、53Mn、54Mn、56Co、57Co、58Co、60Co)進行測定,並對宇宙線散裂成因稀有氣體(3H、20Ne、21Ne、22Ne、38Ar等)進行分析研究的結果表明,吉林隕石具有極其復雜的碰撞分裂史和宇宙線照射史。

  吉林隕石初始母體在距今8×106年前,曾受到一次沖擊而破裂,其中有一個半徑約為10米的分裂碎塊,包含有現今的吉林隕石,稱為“第一階段的吉林隕星”。根據21Ne含量,可恢復各樣品在“第一階段吉林隕星”中的相對位置,即埋藏在母體中距表面20~200厘米的部位,因而各樣品隻能接受2π幾何條件的宇宙線照射。

  “第一階段吉林隕星”在距今 (3×105~5×105)年前,又遭受到一次碰撞而瓦解,分裂出“第二階段的吉林隕星”。根據宇宙成因核素60Co等的深度效應,可恢復各樣品在“第二階段吉林隕星”中的精確位置和計算出各樣品的埋藏深度。“第二階段吉林隕星”是一個半徑為85~90厘米的類球體,重約10噸,各樣品均受到4π幾何條件的宇宙線照射。測得離表面最近的樣品約11厘米,表明“第二階段吉林隕星”通過大氣層降落時,表面燒失量約為3噸,燒失率約30%。

  降落過程 “第二階段吉林隕星”在太陽系空間的運行軌道半長徑 ɑ=1.82天文單位,偏心率e=0.48,傾角i=6.3°,近日點角距ω=32.9°,升交點黃經Ω=167.5°,近日距q=0.94天文單位,遠日距Q=2.71天文單位,其運行軌道與阿波羅小行星較相似。

  根據隕落過程的力學分析和大氣層內軌道研究,吉林隕星以約15公裡/秒的相對速度追上地球。進入大氣層的入射角為16°。隕星在通過大氣層時受到最大的動壓達100大氣壓/厘米2,表面溫度達2000~3000K,周圍空氣被加熱到近20000K。在距地面30公裡以上高空為直線彈道,在17~23公裡高處曾發生過多次小爆裂,使隕星邊緣部位不斷剝落。隕星通過大氣層時,表面物質氣化,熔融,形成一層厚0.7~1毫米的熔殼。在19公裡高空隕星遭受到一次主爆裂使隕星分裂成許多碎塊,散落形成極為壯觀的吉林隕石雨。(見圖)

吉林隕石雨降落現場 隕石雨中最大的一塊隕石陷入地下6.5米深,形成一個直徑2米多的大坑。中國科學工作者正在進行現場考察

  

參考書目

 歐陽自遠:吉林隕石的形成和演化過程,《空間科學學報》,第2卷,第3期,1982。