夏志鵬 繆秉魁 張川統(tǒng) 黃麗霖

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極地微隕石的收集、研究與設(shè)想

夏志鵬1,2,3繆秉魁1,2,3張川統(tǒng)1,2,3黃麗霖1,2,3

(1廣西隱伏金屬礦產(chǎn)勘查重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 桂林理工大學(xué), 廣西 桂林 541004;2行星地質(zhì)演化廣西高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 桂林理工大學(xué), 廣西 桂林 541004;3隕石與行星物質(zhì)研究中心, 桂林理工大學(xué), 廣西 桂林 541004 )

微隕石對(duì)于人類研究地外環(huán)境和太陽(yáng)系的演化而言, 具有極其重要的意義。20世紀(jì)40年代開始, 微隕石的收集便成了國(guó)際上的熱點(diǎn)。尤其是80年代后, 通過(guò)在南北兩極開展微隕石收集, 產(chǎn)出了大量的科學(xué)成果。我國(guó)的微隕石研究主要集中在20世紀(jì)80—90年代, 而后便處于停滯的狀態(tài)。本文簡(jiǎn)要介紹了各國(guó)在極地微隕石方面取得的成果, 基于我國(guó)隕石和微隕石的研究現(xiàn)狀, 對(duì)我國(guó)開展極地微隕石研究提出了幾點(diǎn)設(shè)想和規(guī)劃。

微隕石 南極 北極 隕石 收集

0 引言

21世紀(jì)以來(lái), 人們普遍將粒徑約小于2 mm, 收集于地表的地外天然固體物質(zhì)定義為微隕石[1-2]。據(jù)統(tǒng)計(jì), 地球每年吸積的地外物質(zhì)總量為4×104t, 其中大部分為微隕石[3]。微隕石作為了解太陽(yáng)系乃至恒星際空間的鑰匙, 其收集與研究已經(jīng)成為天體化學(xué)和空間科學(xué)的熱點(diǎn)研究領(lǐng)域[4-6]。20世紀(jì)80年代起, 世界各國(guó)在兩極地區(qū)進(jìn)行了大規(guī)模的微隕石收集, 并取得了十分可觀的科學(xué)成果。1998年以來(lái), 我國(guó)在南極格羅夫山地區(qū)開展了7次隕石考察工作, 成功收集了一萬(wàn)多塊隕石[7-10]。經(jīng)過(guò)20年的發(fā)展, 我國(guó)的南極隕石考察與研究隊(duì)伍已經(jīng)逐漸成熟, 因此, 我國(guó)應(yīng)在南極隕石的工作基礎(chǔ)上, 盡快開展系統(tǒng)的極地微隕石的收集與研究。在我國(guó)南極內(nèi)陸科學(xué)考察30周年之際, 本文概括了南北兩極微隕石的收集情況和研究進(jìn)展, 并結(jié)合我國(guó)隕石與微隕石研究現(xiàn)狀提出了幾點(diǎn)設(shè)想, 希望本文能為我國(guó)極地微隕石的研究提供一些啟示。

1 微隕石的研究

自第一次發(fā)現(xiàn)微隕石[11], 已經(jīng)過(guò)去了一個(gè)多世紀(jì), 人們?cè)诓煌沫h(huán)境中收集了相當(dāng)多的微隕石, 對(duì)其開展了詳細(xì)的科學(xué)研究, 獲取了一大批科學(xué)成果。

1.1 微隕石的收集

微隕石是在1873—1876年間, 英國(guó)皇家海軍艦艇挑戰(zhàn)者號(hào)(Her/His Majesty’s Ship Challenger)在進(jìn)行遠(yuǎn)洋科學(xué)考察過(guò)程中, 于深海黏土內(nèi)首次被發(fā)現(xiàn), 這為人類開啟了探索地外物質(zhì)的新窗口[11]。后來(lái), 國(guó)內(nèi)外學(xué)者先后在深海沉積物[12]、內(nèi)陸沉積巖[13]、沙漠[14]等工業(yè)污染物較低的環(huán)境中, 收集了大量的微隕石。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展, 微隕石的收集逐漸由原來(lái)的地面環(huán)境擴(kuò)展到近地空間。此外, 伴隨著極地科學(xué)考察成為各國(guó)科學(xué)研究的熱點(diǎn), 極地隕石與微隕石收集也成為一個(gè)重要研究領(lǐng)域?？偟膩?lái)說(shuō), 根據(jù)不同時(shí)間段收集環(huán)境的差異, 微隕石收集歷史可分為以下三個(gè)階段。

1. 第一階段(20世紀(jì)40—70年代)

微隕石的大規(guī)模收集是在20世紀(jì)40年代以后, 大量科學(xué)家們開始在深海中進(jìn)行微隕石采樣[12,15-16]。根據(jù)采樣的方式不同, 可以分為兩種: (1)利用磁性的金屬耙在深海沉積物中直接吸取微隕石; (2)深海中采集大量軟泥或黏土, 在地面實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行微隕石的挑選。兩種收集方式各有特色, 前者采集方式簡(jiǎn)單, 顆粒中微隕石豐度高但類型單一, 主要類型為含金屬或磁鐵礦的微隕石; 后者挑選工作相對(duì)復(fù)雜, 但微隕石類型豐富, 除前者收集的類型外, 還發(fā)現(xiàn)了多種類型的石質(zhì)微隕石。

在這個(gè)時(shí)間段中除大規(guī)模深海采集微隕石外, 國(guó)內(nèi)外學(xué)者還在其他環(huán)境進(jìn)行了一些小范圍的采集。例如, 在更新世的海灘砂礫發(fā)現(xiàn)了大量磁性的微隕石[13]; 在美國(guó)南加州沙漠中發(fā)現(xiàn)了2顆微隕石[17]; 在志留紀(jì)和二疊紀(jì)的沉積巖鹽礦床中收集了少量微隕石[18]。值得注意的是, 期間極地微隕石的收集也開始了, 如Langway等[19]在北極格陵蘭島(Greenland)通過(guò)融化新鮮雪收集微隕石; Nishibori等[20]在南極冰架邊緣的日本昭和站附近通過(guò)融化冰山上的冰收集微隕石; Thiel等[21]在冰芯中偶然也發(fā)現(xiàn)了少量微隕石。雖然以上工作收集的微隕石數(shù)量非常少, 但在方法上, 為往后的大規(guī)模極地微隕石收集起到了重要的示范作用。

2. 第二階段(20世紀(jì)70—90年代)

真正大規(guī)模的微隕石收集是在20世紀(jì)70年代之后, 微隕石的收集范圍先從平流層到太平洋中部, 再到格陵蘭和南極冰蓋。

20世紀(jì)70—90年代, 微隕石的主要收集環(huán)境為大氣層。由于平流層塵粒的通量比行星際空間高出3—5個(gè)數(shù)量級(jí), 各國(guó)利用探空火箭、飛機(jī)和高空熱氣球?qū)ζ搅鲗游㈦E石進(jìn)行采集[22]。1967—1970年, 國(guó)際上開始利用熱氣球開始高空微隕石收集, 從收集到的塵粒中篩選出了少量的微隕石[23-24]。1974年, 美國(guó)國(guó)家航空和宇宙航行局(NASA)開始嘗試在高空利用飛行器進(jìn)行微隕石收集[25]。在成功采集了300多顆微隕石樣品后, 自1981年起, NASA利用飛行器在平流層中開展長(zhǎng)期收集工作[26]。在本階段中, 日本、德國(guó)、法國(guó)等也開展了小規(guī)模的大氣層微隕石收集[27]。在1984—1987年間, 我國(guó)采用熱氣球的方式在30—36 km的平流層中, 開展了5次微隕石的收集, 并成功篩選了上百顆微隕石[28]。

除高空收集外, 本階段內(nèi)還開始了大規(guī)模的極地微隕石收集。1984年, 法國(guó)的Maurette等[29]首先在格陵蘭島冰架邊緣的湖水中收集了大量微隕石, 其中熔融(部分熔融)微隕石約750顆, 未熔融微隕石約250顆, 并計(jì)算了該湖水微隕石的通量。1987年, Maurette等[30]又開始在南極進(jìn)行大規(guī)模的融冰, 從100 t冰中的殘余沉積物內(nèi)篩選了上千顆微隕石。至此, 拉開了極地大規(guī)模采集微隕石的序幕。

3. 第三階段(20世紀(jì)90年代至今)

從20世紀(jì)90年代開始, 美國(guó)、日本、俄羅斯、法國(guó)-意大利、比利時(shí)等考察隊(duì)開始在兩極地區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的微隕石采集, 并收獲了大量的樣品。例如, 美國(guó)考察隊(duì)[31-32]于1995年和2000年, 在阿蒙森斯科特站(Amundsen-Scott Station)的水井底部利用特殊的機(jī)器人采集微隕石; 法國(guó)和意大利的合作考察隊(duì)于1991、2000、2002、2006、2013年在冰穹C(Dome C)的康科迪亞(Concordia)考察站, 不僅通過(guò)融化新鮮降落的雪來(lái)收集微隕石, 而且在古老的花崗巖裂隙或大裂縫中找到微隕石[33-34]; 日本隊(duì)自1995年起, 在富士站(Fuji Station)和大和山地區(qū)(Yamato Mountains)共開展了超過(guò)10次微隕石收集[35-36]。這一階段, 根據(jù)沉積物中微隕石的分布密度初步估計(jì), 國(guó)外極地科考隊(duì)共采集到的微隕石總量達(dá)到了數(shù)百萬(wàn)顆[37], 詳細(xì)的收集成果在下一節(jié)描述。

除在極地開展系統(tǒng)地微隕石采集外, 其他環(huán)境的微隕石收集也達(dá)到了高潮, 并取得了可觀的收集成果。例如, 城鎮(zhèn)高樓[38]、太平洋中部的大氣[39]、古老的沉積灰?guī)r[40]、內(nèi)陸蒸發(fā)巖[41]等。

1.2 微隕石的研究

盡管人們?cè)谝话俣嗄昵熬鸵呀?jīng)發(fā)現(xiàn)了微隕石, 但因其細(xì)小的粒徑導(dǎo)致人們?cè)缙趯?duì)其開展深入研究具有一定的難度。在進(jìn)行系統(tǒng)的微隕石研究之前, 曾出現(xiàn)將地球金屬顆粒誤認(rèn)為微隕石的錯(cuò)誤報(bào)道。20世紀(jì)70年代后, 隨著大氣層及兩極地區(qū)微隕石的大量收集, 以及分析技術(shù)的快速發(fā)展, 微隕石的研究逐步深入。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹三方面: 微隕石的類型及其特征、微隕石的沉降通量、微隕石的來(lái)源。

1.2.1 微隕石的類型及基本特征

微隕石在大小、質(zhì)量、成分和結(jié)構(gòu)等方面是多種多樣的。在收集微隕石的過(guò)程中, 如何區(qū)分微隕石與地球物質(zhì)是其關(guān)鍵, 因此, 了解微隕石的類型和基本特征是收集和研究微隕石前提條件。

從大量球體樣品中篩選出或識(shí)別出微隕石是開展微隕石研究的前提。所有已發(fā)現(xiàn)的微隕石與地球微型球體相比, 除同位素地球化學(xué)特征外, 可以從以下3個(gè)特征進(jìn)行快速鑒別: (1)具有與隕石相似的成分特征; (2)含有富Ni的金屬; (3)具有完整或殘余的磁鐵礦殼[42-44]。

微隕石以極高速飛向地球, 因其特別小的質(zhì)量(＜10–2g), 微隕石飛行方向與地球自轉(zhuǎn)方向角度的不同, 導(dǎo)致了微隕石在大氣層中的熔融程度具有明顯的差異(圖1), 甚至有大量的原始未熔融微隕石。因此, 人們常根據(jù)微隕石的熔融程度對(duì)其進(jìn)行分類: 熔融群、部分熔融群、原始群/未熔融群, 并對(duì)不同類型進(jìn)行了細(xì)分[42,44-45]。然而, 因?qū)ξ㈦E石的定義不同, 微隕石的類型劃分具有少量的區(qū)別。筆者結(jié)合前人的分類標(biāo)準(zhǔn), 根據(jù)本文對(duì)于微隕石的定義, 劃分如表1, 因篇幅有限, 僅作簡(jiǎn)要說(shuō)明。

圖1 微隕石進(jìn)入大氣層中熔融程度示意圖

Fig.1. Melting degree of micrometeorites during atmospheric entry

表1 微隕石的基本類型

1. 熔融群(Melted Micrometeorites): 是指在大氣層中完全熔融的微隕石。熔融群在所有微隕石中所占的比例與其粒徑有著密切關(guān)系, Maurette等[29]在已發(fā)現(xiàn)的2 500顆南極微隕石中, 粒徑小于100 μm的微隕石中, 熔融群約占20%, 粒徑大于100 μm的, 熔融群所占比例超過(guò)了50%, 而粒徑超過(guò)400 μm的, 熔融群所占比例接近90%。根據(jù)微隕石的來(lái)源, 熔融群被分為兩大類: 宇宙消融球粒和隕石消融球體。宇宙消融球粒(Cosmic Spherules)在進(jìn)入大氣層前, 其本身為礦物集合體或單晶, 根據(jù)礦物組成可分為硅酸鹽型(S型)、磁鐵礦-玻璃質(zhì)型(G型)、富鐵型(I型)。隕石消融球體(Ablation Spheres)為隕石在進(jìn)入大氣層時(shí), 表面高溫熔融后掉落的球形熔融體, 主要為玻璃質(zhì), 成分上與隕石母體的全巖成分十分接近。因此, 隕石消融球體的類型多樣, 與隕石類型一致。在部分文獻(xiàn)中, 隕石消融球體作為隕石的消融產(chǎn)物, 并不屬于微隕石[46]。

2. 原始/未熔融群(Primitive/Unmelted Micrometeorites): 該群未見明顯的熔融現(xiàn)象, 保留了更豐富的地外信息, 是近些年微隕石收集的熱點(diǎn)。該群主要分為細(xì)粒類(Fine-grained)、粗粒類(Coarse-grained)、難熔類(Refractory)、超碳質(zhì)類(Ultarcarbonaceous)。細(xì)粒類和粗粒類是本群中較常見的類型, 兩者的首要區(qū)別在于單礦物顆粒粒徑不同。(1)細(xì)粒類原始群微隕石主要由粒徑小于1 μm的礦物組成。在全巖成分上, 細(xì)粒類與球粒隕石的基質(zhì)類似, 大部分與CI、CM、CR型碳質(zhì)球粒隕石接近。根據(jù)結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分均一程度, 將細(xì)粒類劃分為C1、C2、C3三種類型。(2)大部分粗粒類原始群微隕石的結(jié)構(gòu)與球粒隕石的十分相似, 常呈斑狀結(jié)構(gòu), 斑晶主要為大于1 μm的無(wú)水硅酸鹽礦物, 基質(zhì)主要為玻璃質(zhì)和細(xì)粒的金屬和硫化物, 該類型為球粒隕石型粗粒原始微隕石(Chondritic); 少量的粗粒類具有無(wú)球粒隕石的結(jié)構(gòu), 礦物結(jié)構(gòu)上表明經(jīng)歷了明顯的分異作用, 該類型被細(xì)分為無(wú)球粒隕石型粗粒原始微隕石(Achondritic); 還有極少量的粒徑大于1 μm的單礦物碎屑被劃分粗粒類。(3)主要由難熔礦物或其蝕變礦物組成的微隕石, 被劃分為難熔類(Refra-ctory)。該類型微隕石與球粒隕石中富鈣鋁難熔包體(CAIs)十分相似。因該類型微隕石僅發(fā)現(xiàn)3顆, 因此, 還沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行更詳細(xì)的分類, 僅參考富鈣鋁包體(CAIs)的分類標(biāo)準(zhǔn)。(4)超碳質(zhì)微隕石(Ultarcarbonaceous)中碳質(zhì)的豐度比CI碳質(zhì)球粒隕石更高, 已經(jīng)證實(shí)是其母體是彗星, 并且來(lái)源于太陽(yáng)系邊緣的奧爾特星云。

3. 部分熔融群(Partially Melted Microme-teorites): 該群因不完全熔融, 導(dǎo)致呈不規(guī)則狀, 具有較多的孔隙, 因此, 也被稱為熔渣類微隕石(Scoriaceous Micrometeorites)。在該群中, 可見原始未熔融群的殘余物, 這些殘余物的類型與原始型微隕石的類型對(duì)應(yīng)。在早期的微隕石研究中, 部分熔融群和熔融群微隕石都被統(tǒng)稱為熔融群微隕石。

1.2.2 微隕石的沉降通量

Murrell等[47]通過(guò)從太平洋深海黏土中發(fā)現(xiàn)的微隕石, 利用微隕石質(zhì)量與黏土總質(zhì)量的關(guān)系, 來(lái)計(jì)算微隕石的降落通量。我國(guó)彭漢昌(Peng)等[48]在太平洋20個(gè)地點(diǎn)的深海軟泥中收集了微隕石, 并利用軟泥的沉降速率、厚度、微隕石的分布密度等信息, 得出了20個(gè)地點(diǎn)的微隕石不同的沉降速率, 計(jì)算得出的地球微隕石沉降通量為最慢5 t·a–1, 最快6 867 t·a–1, 平均為2 346 t·a–1。然而, 因地球風(fēng)化、黏土沉降速率的變化、微隕石識(shí)別的準(zhǔn)確性等因素的影響, 該結(jié)果存在著很大的不確定性。

隨著大氣層微隕石收集的發(fā)展, Love和Bro-wnlee[3]通過(guò)統(tǒng)計(jì)高空衛(wèi)星設(shè)備表面的高速撞擊坑的尺寸和數(shù)量, 計(jì)算得出地球每年吸積的地外物質(zhì)總量為40 000±20 000 t·a–1。該數(shù)據(jù)雖然無(wú)法反應(yīng)地表微隕石的沉降速率, 但被認(rèn)為是現(xiàn)階段地球吸積地外物質(zhì)的準(zhǔn)確速率。

在系統(tǒng)地收集極地微隕石階段, 人們利用極地表面藍(lán)冰和新鮮雪中的微隕石分布特征, 準(zhǔn)確計(jì)算了地表微隕石的每年的沉降通量(表2)。從這些數(shù)據(jù)中可以清楚看出, 地表微隕石的沉降速率都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Love和Brownlee在高空測(cè)定的吸積率。毫無(wú)疑問(wèn), 大部分地球吸積物在進(jìn)入大氣層后揮發(fā)或熔融成為納米級(jí)的微隕石。然而, 因收集方法和測(cè)試方法的不同, 計(jì)算得出的同一時(shí)期沉降通量具有顯著差異, 有些差異甚至達(dá)到了一個(gè)數(shù)量級(jí), 而其中的原因非常復(fù)雜, 沒(méi)有可靠的解釋。

盡管如此, 在地球演化方面, 基于微隕石的沉降通量研究, 取得了一些共同的認(rèn)識(shí), 如微隕石的沉降通量與地球的大撞擊歷史有著密切聯(lián)系[49]; 早期地球的海洋和大氣中微量元素的變化受到了微隕石沉降的重要影響[50]; 微隕石是地球上最多的地外物質(zhì), 其通量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于隕石[51]等。

表2 不同時(shí)期的微隕石沉降通量

1.2.3 母體來(lái)源

微隕石的直接來(lái)源是微小的流星體。這些微流星體因顆粒細(xì)小, 它們?cè)谛请H空間中的運(yùn)動(dòng)不僅受到太陽(yáng)及行星引力的影響, 同時(shí)還受到太陽(yáng)風(fēng)、輻射等各種非引力作用, 這導(dǎo)致了它們的運(yùn)行軌跡極其復(fù)雜。而且, 大量研究證實(shí), 微隕石在太陽(yáng)系內(nèi)的存在壽命小于105a, 但上文中地球微隕石沉降通量研究表明, 微隕石數(shù)量并不與其本身的壽命有著明顯的聯(lián)系。因此, 微隕石在衰亡的同時(shí), 必定有新的來(lái)源進(jìn)行補(bǔ)充, 結(jié)合微隕石復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)軌跡, 微隕石的來(lái)源必定是豐富且多樣的[22,61-62]。

雖然, 對(duì)少量原始未熔融群微隕石的研究表明, 其主要來(lái)源于小行星的碰撞和彗星在近日區(qū)域內(nèi)的活動(dòng)。但是, 因分析樣品數(shù)量不足已發(fā)現(xiàn)微隕石總量的千分之一, 這些研究并不能代表所有微隕石的確切來(lái)源。另外, 微隕石的粒徑主要分布在50—100 μm, 在微觀尺度上, 尤其是在我們對(duì)其母體本身了解并不夠清晰的情況下, 大部分微隕石所具有的特征并不能代表其母體的特征。因此, 確定每一塊微隕石確切的來(lái)源, 是非常困難的, 還需要更詳細(xì)的研究工作。目前, 普遍認(rèn)為太陽(yáng)系內(nèi)塵粒的主要來(lái)源包括: 小行星碰撞、太陽(yáng)系內(nèi)彗星的活動(dòng)、柯伊伯帶內(nèi)的碰撞、恒星際顆粒等[63-65]。微隕石作為太陽(yáng)系內(nèi)塵粒的重要組成, 有可能有著與其一致的來(lái)源。

2 極地微隕石

南北兩極地區(qū)因人類活動(dòng)稀少, 污染物含量低且常年低溫, 是收集和保存微隕石的絕佳環(huán)境。近些年, 開展極地科學(xué)研究已經(jīng)成為了世界各國(guó)占領(lǐng)極地資源的重要手段之一, 伴隨著極地多學(xué)科的發(fā)展, 微隕石研究已是國(guó)際上極地科學(xué)考察工作中的重點(diǎn)。本節(jié)簡(jiǎn)要介紹了南北兩極在微隕石收集與研究方面取得的一些進(jìn)展, 為我國(guó)開展這些工作提供一些思路。

2.1 北極微隕石

北極在地理上常包括兩個(gè)部分: 一部分是歐亞大陸北部, 另一部分是北美大陸北部和格陵蘭島(Greenland)。雖然因地理位置、氣候特征、政治歸屬等因素, 北極微隕石的研究程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于南極, 但北極微隕石的研究要早于南極, 開啟了極地微隕石研究的大門。在北極開展微隕石研究的主要涉及兩個(gè)區(qū)域:

1. 格陵蘭島[30,66-72]

格陵蘭島是兩極地區(qū)中最早開展大規(guī)模微隕石收集的區(qū)域。距格陵蘭島冰架西部邊緣約20 km的地區(qū), 有著一個(gè)直徑約3 km的湖泊。每年夏季, 約一億噸的冰融化并流入湖水中, 大量的冰川沉積物匯入湖內(nèi), 當(dāng)湖水增多時(shí), 高位的湖水會(huì)流出, 并入到河流中。這一過(guò)程持續(xù)了上百年, 因此, 有著上百億噸的冰川水流過(guò)此湖。法國(guó)和丹麥于1984年在湖水的沉積物中收集了近千顆微隕石。其中約75%為熔融群(含部分熔融群)微隕石, 約25%為原始未熔融群微隕石。通過(guò)系統(tǒng)的研究, 初步驗(yàn)證了部分微隕石的母體特征, 即來(lái)源于小行星或彗星。與大氣層和深海沉積物中收集到的微隕石相比, 格陵蘭島的微隕石具有以下特征: (1)粒徑要大于大氣層收集的, 格陵蘭島微隕石主要大于100 μm, 而大氣層中收集的一般小于50 μm; (2)深海收集的主要為富鐵型(I型)熔融群微隕石, 格陵蘭島的則類型豐富, 有大量未熔融群微隕石; (3)沉積物中微隕石的豐度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于深海收集。以上特征也是所有極地微隕石所具有的。然而, 在此區(qū)域收集到的微隕石卻有三個(gè)不足: (1)因在水中沉積的時(shí)間過(guò)長(zhǎng), 微隕石中的有機(jī)碳質(zhì)被水中細(xì)菌或微生物嚴(yán)重破壞; (2)微隕石中大量的溶水性礦物在水中逐漸溶解; (3)從湖水中收集的微隕石普遍具有一層特殊的膜, 在取樣過(guò)程中, 大量的易碎微隕石被破壞掉。鑒于以上原因, 在此區(qū)域沒(méi)有繼續(xù)開展微隕石收集。

2. 新地島(Novaya Zemlya archipelago)

歐亞大陸北部的新地島坐落于北極圈內(nèi), 島北部的冰川在最近的幾十年存在快速融化的現(xiàn)象, 因此, 部分沉積物遺留在藍(lán)冰的表面或水溝中。這一現(xiàn)象無(wú)疑導(dǎo)致了微隕石的富集。Badjukov等[73-76]從這些沉積物收集了大量的微隕石, 預(yù)計(jì)每一克沉積物中, 有著300顆50—500 μm 的微隕石。類型以熔融群微隕石為主, 也有著部分熔融群和未熔融群。盡管這些微隕石都存在著陸地風(fēng)化造成的破壞, 但從中發(fā)現(xiàn)了兩種特殊的未熔融群微隕石: (1)4顆未熔融群的玄武巖質(zhì)微隕石, 其中2塊分別來(lái)自于鈣長(zhǎng)輝長(zhǎng)無(wú)球粒隕石(Eucrite)和中鐵隕石(Mesosiderite), 另外兩塊來(lái)源于與已知隕石母體不一樣的玄武巖質(zhì)小行星; (2)發(fā)現(xiàn)了表2中沒(méi)有的未熔融群Fe-Ni金屬類微隕石。

2.2 南極微隕石

南極是幾乎完全被冰雪覆蓋的大陸, 冰蓋的起源可追溯到3 400萬(wàn)年以前[77], 古老的冰蓋積累了大量降落于地球的地外物質(zhì), 南極隕石收集上取得的重大突破也驗(yàn)證了這一點(diǎn)。另外, 與北極地區(qū)相比, 南極具有更少的人類污染物。人類生活產(chǎn)生的塵粒至少需要在空中漂浮2 500 km才能到達(dá)南極, 而其中稍大一些的塵粒會(huì)降落在海洋中, 因此, 南極是地球上人類污染物含量最低的地區(qū)。目前, 根據(jù)微隕石收集的國(guó)家和方法, 南極微隕石的研究主要在以下五個(gè)地區(qū)開展。

1. 普呂多姆角(Cap-Prudhomme)

該地區(qū)是最早在南極進(jìn)行大規(guī)模收集微隕石的區(qū)域, 收集點(diǎn)位于法國(guó)的迪蒙?迪維爾南極科考站(Dumout d’Urville Station)附近。法國(guó)科考隊(duì)在格陵蘭島收集微隕石后, 將收集區(qū)域轉(zhuǎn)移到了南極, 于1987—1988年、1991—1992年、1994—1995年、1999—2000年間, 使用蒸汽機(jī)共融化了約800 t的藍(lán)冰, 通過(guò)不同粒徑的過(guò)濾, 從中收集粒徑大于25 μm沉積物。Maurette等[29,78]在對(duì)少量的沉積物進(jìn)行鑒別后, 發(fā)現(xiàn)微隕石在沉積物中所占的比例約為20%, 因此, 粗略估計(jì), 共采集了約20萬(wàn)顆微隕石, 其中熔融群和部分熔融群10萬(wàn)顆, 未熔融群10萬(wàn)顆。少量較大粒徑(＞100 μm)微隕石的巖石學(xué)和礦物化學(xué)、稀有氣體特征表明, 這些微隕石與CM和CR型碳質(zhì)球粒隕石有著較多相似之處, 但也存在著一些細(xì)微的差異, 它們極有可能與隕石有著不同的來(lái)源[45,79]。Yano和Noguchi等[80]通過(guò)從50—100 μm的湖水沉積物中篩選微隕石, 提出了一套有效的微隕石篩選方法, 對(duì)于極地微隕石的大規(guī)模篩選具有重要意義。

經(jīng)過(guò)這4次的收集工作, 藍(lán)冰中微隕石的富集規(guī)律被逐漸認(rèn)識(shí), 并在收集過(guò)程中得到應(yīng)證, 即: (1)沉降的微隕石被降雪快速掩埋, 并沉積在藍(lán)冰中; (2)當(dāng)藍(lán)冰的消融速度大于冰層的沉積速度時(shí), 藍(lán)冰內(nèi)的微隕石會(huì)逐漸接近表面, 甚至暴露出來(lái); (3)在夏季, 深色的微隕石會(huì)快速吸收太陽(yáng)熱量, 重新淹沒(méi)在表層冰中; (4)微隕石持續(xù)沉降, 新鮮的降雪又會(huì)繼續(xù)覆蓋。這一循環(huán)的過(guò)程導(dǎo)致了淺層藍(lán)冰的富集程度明顯要高于深部的。

2. 阿蒙森-斯科特站水井[31,59,81-82]

阿蒙森-斯科特站是1957年美國(guó)在南極極點(diǎn)設(shè)立的科學(xué)考察站, 并長(zhǎng)期為美國(guó)南極科考服務(wù)?？瓶颊镜拇蟛糠钟盟家揽恳粋€(gè)巨大的水井提供。該水井深超過(guò)100 m, 底部是一個(gè)直徑約24 m, 深約15 m的融雪池, 融雪池中的水由約4 000 t的冰融化而成。因此, 該水井保存了這些冰中所有的微隕石, 被認(rèn)為是迄今為止最大的微隕石來(lái)源。1995年, Taylor等設(shè)計(jì)了一款特制的回收裝置, 收集水井中粒徑大于50 μm的沉積物。根據(jù)冰層的深度得出這些微隕石是在公元1100—1500年間落到地球。而后, 因科考站的用水影響, 井底每年會(huì)下沉。根據(jù)冰層的深度和年齡的關(guān)系, 計(jì)算得出現(xiàn)今微隕石沉降速率(見1.2.2節(jié))。此次收集的微隕石數(shù)量不僅是普呂多姆收集的3倍, 而且類型更豐富, 除稀有的難熔類和超碳質(zhì)類外, 表2中的其他類型的微隕石均有發(fā)現(xiàn)。氧同位素研究也表明, 這些水井中的部分微隕石的母體來(lái)源與已知的隕石來(lái)源不一樣。然而, 因?yàn)槲㈦E石在水井中的時(shí)間過(guò)長(zhǎng), 導(dǎo)致了部分可溶性礦物和有機(jī)物的嚴(yán)重溶解, 這對(duì)于開展原始群微隕石研究的影響是破壞性的。

3. 富士站和大和山地區(qū)[55,83-87]

日本系統(tǒng)的收集微隕石是在其第37次(1995—1997年)南極科考中進(jìn)行的, 通過(guò)融化富士站最近降落的雪, 從200 L的融化水中, 篩選微隕石。而此次收集的沉積物中大多是天然的或工業(yè)的地球物質(zhì), 因此日本也研究了一系列從沉積物中篩選微隕石的理論和設(shè)備, 以提高這些微隕石的挑選速度。第二次收集是在第39次(1997—1999年)科考中, 沉積物中微隕石的濃度比第一次要多得多, 共收集了數(shù)千顆微隕石。而后, 日本持續(xù)地在富士站附近開展表層雪中的微隕石收集, 尤其是日本第46次和第47次南極科考, 首次發(fā)現(xiàn)了超碳質(zhì)類原始群微隕石, 對(duì)微隕石的彗星起源, 提供了更加充分的證據(jù)。在最近對(duì)這些超碳質(zhì)型的研究中, 科學(xué)家們正逐步了解不同彗星的演化過(guò)程。

大和山地區(qū)是日本發(fā)現(xiàn)的隕石富集區(qū), 不僅是第一個(gè)南極隕石富集區(qū), 也是迄今發(fā)現(xiàn)的最大的隕石富集區(qū)?；谠谒{(lán)冰中隕石與微隕石具有相似的富集特征, 日本于1998年在大和山地區(qū)采取了與普呂多姆地區(qū)類似的方法, 融化了36 t冰, 從24個(gè)位置收集到微隕石。與富士站收集的相比, 這些微隕石相當(dāng)?shù)墓爬? 降落于約2.7—3.3萬(wàn)年前。然而, 這些微隕石與普呂多姆和阿蒙森-斯科特站收集的一樣, 可能因?yàn)樵诒谐练e的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者, 也出現(xiàn)了明顯的地球風(fēng)化導(dǎo)致的破壞現(xiàn)象, 如具有明顯的S、Ca和Ni等元素的虧損等。

4. 康科迪亞站[33-34,58,88]

康科迪亞站位于南極內(nèi)陸高原的冰穹C, 是南極最寒冷的地區(qū)之一。該站是由法國(guó)和意大利共同運(yùn)營(yíng), 因此, 該地區(qū)的微隕石收集也是由這兩個(gè)國(guó)家實(shí)施。在該站的首次收集微隕石是在1987年, 法國(guó)科考隊(duì)通過(guò)融化了131 kg的冰芯, 從中回收了5顆微隕石: 為S型和I型熔融群微隕石?；诒镜某练e年齡, Yiou等[56]計(jì)算了4 000年前的粒徑大于30 μm的微隕石沉降速率為1 000 t·a–1。然而, 這次收集的微隕石不僅數(shù)量少, 且都屬于熔融群。另外, 如前文所述, 在普呂多姆和阿蒙森斯科特站收集的微隕石都受到不同程度地地球污染或破壞。因此, 以收集風(fēng)化程度低且為原始群的微隕石為目的, 法國(guó)和意大利聯(lián)合科考隊(duì)于2000、2002、2006年在康科迪亞站附近的新鮮積雪中進(jìn)行微隕石收集。結(jié)果確實(shí)如此, 在對(duì)收集到的部分球粒隕石質(zhì)原始群微隕石的研究表明, 并沒(méi)有出現(xiàn)風(fēng)化引起的S、Ca等元素的虧損, 也從此部分微隕石中發(fā)現(xiàn)了碳酸鹽礦物晶體和高含量的隕硫鐵。通過(guò)對(duì)超碳質(zhì)微隕石的研究中發(fā)現(xiàn), 它們包含的富氮有機(jī)物形成于奧爾特星云。

5. 橫貫山脈[2,89-90]

美國(guó)在橫貫山脈的Beardmore冰川地區(qū)(該地區(qū)富集隕石)的冰磧沉積物中發(fā)現(xiàn)微隕石, 通過(guò)篩選, 每100 g沉積物中約有粒徑為125—500 μm的微隕石上千顆, 大部分有磁性, 比重大于2.89 g·cm–3。這些微隕石在結(jié)構(gòu)和類型上與深海沉積物和格陵蘭島中發(fā)現(xiàn)的微隕石類似, 主要為熔融群微隕石, 且風(fēng)化程度明顯比深海的和格陵蘭島的要低。這次搜集表明, 冰川的消融作用和風(fēng)蝕沉積對(duì)于地表微隕石的富集也具有重要意義。

法國(guó)和意大利南極科考隊(duì)于2003年和2006年, 在橫貫山脈維多利亞地(Victoria Land)幾個(gè)孤立的冰原島峰的峰頂上裂隙和坑中發(fā)現(xiàn)了大量的大顆粒(200 μm—2 mm)的微隕石。該裂隙發(fā)育在具有上百萬(wàn)年歷史的冰蝕花崗巖中, 因此這些微隕石的居地年齡可能也達(dá)到了百萬(wàn)年。在這些微隕石中, 粒徑為400 μm—2 mm的微隕石所占比例比南極其他地區(qū)收集的微隕石都要高, 數(shù)量上預(yù)計(jì)與融化100 t藍(lán)冰的數(shù)量相當(dāng), 而且類型上, 與斯科特站的水井收集結(jié)果一樣, 十分豐富, 同時(shí)還發(fā)現(xiàn)一些結(jié)構(gòu)與當(dāng)前分類體系不一致的微隕石。

3 我國(guó)隕石與微隕石的研究

3.1 南極隕石收集與研究

南極隕石的系統(tǒng)收集早于極地微隕石。1969年日本南極考察隊(duì)在Yamato地區(qū)發(fā)現(xiàn)9塊不同類型的隕石后, 總結(jié)了南極隕石的富集機(jī)制, 從此, 南極隕石收集成為南極科學(xué)考察的重要任務(wù)之一。此后的半個(gè)世紀(jì), 美國(guó)、日本、中國(guó)、歐洲聯(lián)隊(duì)、韓國(guó)、俄羅斯等在南極收集了超過(guò)5萬(wàn)塊隕石。

1984年11月, “向陽(yáng)紅10號(hào)”科考船載著第一支中國(guó)南極考察隊(duì)隊(duì)員從上海出發(fā), 開始了首次南極考察。1998年我國(guó)開展首次南極內(nèi)陸考察時(shí), 在格羅夫山地區(qū)發(fā)現(xiàn)了4塊隕石, 從此揭開了中國(guó)南極隕石收集的序幕。至今的20年間, 我國(guó)已經(jīng)開展了7次格羅夫山隕石考察, 共收集了12 665塊南極隕石(表3)。格羅夫山成為了僅次于Yamato的隕石富集區(qū), 我國(guó)也成為了名副其實(shí)的南極隕石大國(guó)。我國(guó)在南極隕石收集上取得的巨大成功, 對(duì)于開展天體化學(xué)具有極為重要的意義[10,91-93]。

在國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)和國(guó)家標(biāo)本資源共享平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目的支持下, 我國(guó)完成了3 178塊南極隕石的分類(表4)。在已分類的隕石中, 我國(guó)發(fā)現(xiàn)了大量的特殊隕石, 并取得了較多的科研成果, 加固了我國(guó)在國(guó)際南極隕石研究領(lǐng)域的地位。這些特殊類型的隕石分別為: 2塊火星隕石、3塊HEDs隕石、2塊文諾納群(Winonaite)、2塊頑輝石球粒隕石、12塊中鐵隕石、1塊橄欖隕鐵、4塊鐵隕石、11塊橄輝無(wú)球粒隕石、21塊碳質(zhì)球粒隕石, 3型(非平衡型)普通球粒隕石76塊, 普通球粒隕石熔融角礫巖(melt breccia)7塊。

表3 南極格羅夫山隕石考察情況

表4 格羅夫山已分類隕石匯總

除了通過(guò)對(duì)特殊隕石的研究取得的豐碩成果外, 我國(guó)還開展了一系列的南極隕石的深入研究。例如, 火星巖漿演化及對(duì)水的指示, HED族隕石的起源和演化, 小行星的沖擊變質(zhì)過(guò)程, 前太陽(yáng)顆粒的發(fā)現(xiàn), 碳質(zhì)球粒隕石的母體特征, 富Ca、Al難熔包體研究, 隕石的密度、磁性等物理特性研究等[94-98]。這一系列成果, 不僅將我國(guó)隕石學(xué)研究推向了新的高潮, 也對(duì)國(guó)際天體化學(xué)研究作出了重要貢獻(xiàn)。

3.2 微隕石收集與研究

我國(guó)首次發(fā)現(xiàn)微隕石是在1964年, 葉連俊等[99]在燕山地區(qū)的震旦紀(jì)沉積地層中發(fā)現(xiàn)了一種微型的球體, 并根據(jù)其結(jié)構(gòu)特征, 推測(cè)其為地外來(lái)源。

1978—1979年, 我國(guó)海洋調(diào)查船“向陽(yáng)紅9號(hào)”在太平洋西部海域數(shù)千米深的沉積物內(nèi)發(fā)現(xiàn)了少量微球體。1983—1984年, 我國(guó)海洋調(diào)查船“向陽(yáng)紅5號(hào)”在南海中部海域進(jìn)行海底底質(zhì)調(diào)查時(shí), 在表層沉積物中發(fā)現(xiàn)了近百顆微型球體。大量研究工作證實(shí), 這些球體中存在一定數(shù)量的微隕石, 其中大部分為熔融群富鐵型微隕石。國(guó)內(nèi)科研工作者對(duì)這些樣品的來(lái)源、類型、巖石-礦物-地球化學(xué)特征開展了詳細(xì)的研究[100-103]。1988年, 我國(guó)再次在太平洋深海沉積物中收集微隕石, 用了近一年的時(shí)間, 統(tǒng)計(jì)了分布在數(shù)十萬(wàn)平方海里的是個(gè)站位中的微隕石含量, 并結(jié)合古地磁測(cè)算的沉積速率, 得出了深海中微隕石的沉降速率[48](見1.2.2節(jié))。

為收集更多的未熔融群微隕石, 在1984—1987年間, 由歐陽(yáng)自遠(yuǎn)院士組織, 在中國(guó)科學(xué)院高能物理研究所和大氣物理研究所的協(xié)助下, 利用中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所自行設(shè)計(jì)和研制的沉降板式收集器、卷簾式收集器和高壓靜電收集器, 進(jìn)行了5次平流層微隕石收集。歐陽(yáng)自遠(yuǎn)等[28,104-105]系統(tǒng)地分析了粒徑大于10 μm的276顆塵粒, 并發(fā)現(xiàn)其中大部分為地球的自然污染物, 微隕石和人工污染物相對(duì)較少。

另外, 我國(guó)還開展了一些微玻璃隕石的收集及研究工作[106], 但因微玻璃隕石包含了隕石母體和地球拋射物的混合成分, 并不屬于本文定義的微隕石。因此, 暫不說(shuō)明。

除在深海和高空收集微隕石外, 我國(guó)也在極地開展了微隕石收集工作。2002—2003年第19次及2015—2016年第32次南極科考隊(duì)在格羅夫山地區(qū)進(jìn)行南極隕石考察時(shí), 通過(guò)融化少量的表層雪和冰, 收集了其中的殘余物。然而, 至今未見與這些殘余物相關(guān)的研究報(bào)道, 尚不清楚殘余物中微隕石的數(shù)量及特征。

4 我國(guó)極地微隕石研究展望和設(shè)想

4.1 我國(guó)開展極地微隕石的研究意義

太陽(yáng)系內(nèi)細(xì)小顆粒在經(jīng)過(guò)地球附近時(shí), 會(huì)因地球大氣層的制動(dòng)作用, 停留在地球表面, 因此, 地球大氣層中的宇宙粒子比地外空間高出了106倍。在地球的引力作用下, 這些粒子會(huì)降落到地表或其他近地空間, 成為微隕石。據(jù)前文描述, 現(xiàn)今地表微隕石的沉降通量至少達(dá)到了1 300 t·a–1。而歷史上, 隕石的平均降落量約為50 t·a–1, 微隕石的整體重量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于隕石[43]。另外, 相對(duì)隕石而言, 微隕石的類型更為復(fù)雜, 來(lái)源也更加廣泛, 不僅有著與隕石一樣的母體, 并可能來(lái)源于太陽(yáng)系邊緣的奧爾特星云和恒星際空間等。因此, 微隕石對(duì)于人類探索和研究地外環(huán)境和太陽(yáng)系的演化而言, 具有極其重要的意義。

除此以外, 極地微隕石研究已經(jīng)是近些年國(guó)際極地考察的重點(diǎn)工作。因此, 開展極地微隕石研究還具有以下意義: (1)國(guó)際上在極地微隕石方面已經(jīng)取得了豐碩的成果, 我國(guó)應(yīng)盡快開展系統(tǒng)的極地微隕石收集與研究工作, 這有利于我國(guó)極地考察多學(xué)科的綜合發(fā)展, 開啟一個(gè)新的研究方向; (2)豐富我國(guó)南極考察成果, 為提高南極科學(xué)研究水平作出重要貢獻(xiàn); (3)提高我國(guó)在南極研究上的國(guó)際地位, 增加我國(guó)南極科學(xué)考察的實(shí)際存在具有重要意義。

4.2 極地微隕石收集的可行性

南北兩極有著古老且巨大的冰蓋, 低溫的冰層是保存微隕石的極佳條件, 因此, 持續(xù)沉降的微隕石, 有著與冰蓋形成同期的歷史環(huán)境, 冰層中微隕石的數(shù)量是十分可觀的。另外, 兩極地區(qū)具有極低的地球污染背景, 且與地外空間的收集相比, 有著較低的成本。因此, 南北兩極是最理想的微隕石收集地區(qū)。

20世紀(jì)末我國(guó)便開展了深海和高空熱氣球的微隕石收集, 已經(jīng)有了豐富的微隕石研究經(jīng)驗(yàn), 并在國(guó)際上取得了一定的認(rèn)可。同時(shí), 隨著我國(guó)科學(xué)研究水平的整體提升, 已完全具備開展新時(shí)期微隕石研究工作的能力。另外, 我國(guó)在極地其他領(lǐng)域的研究已經(jīng)為微隕石的收集提供了一定的平臺(tái)基礎(chǔ), 如在兩極地區(qū)已經(jīng)建立完成的5個(gè)科學(xué)考察站, 為開展極地微隕石收集提供了野外工作基礎(chǔ), 為不同方法收集微隕石提供了便利。冰芯的采集和研究也為極地微隕石收集提供了多學(xué)科綜合發(fā)展的平臺(tái)等。

自1998年我國(guó)首次發(fā)現(xiàn)南極隕石算起, 已經(jīng)過(guò)去了整整20年。7次科考中南極隕石的成功收集, 證明了我國(guó)在南極內(nèi)陸開展隕石野外考察上的技術(shù)方法和手段是成熟的, 因此, 可以結(jié)合南極隕石考察的經(jīng)驗(yàn), 將其應(yīng)用到極地微隕石考察上。冰川的消融是南極隕石富集的主要原因之一, 同樣, 也是導(dǎo)致微隕石在藍(lán)冰淺表處富集的必要因素?？姳诟窳_夫山隕石考察的規(guī)劃中也提出, 將南極微隕石收集列入到格羅夫山隕石考察中去[7]。因此, 在南極內(nèi)陸地區(qū)的隕石富集區(qū)內(nèi)中開展微隕石收集也是可行的。

4.3 開展極地微隕石研究的規(guī)劃

綜合以上內(nèi)容, 極地微隕石的研究將是我國(guó)一個(gè)新的重要科學(xué)研究領(lǐng)域, 國(guó)際上所取得的成果, 也充分說(shuō)明了這一點(diǎn)。為了更好的促進(jìn)我國(guó)微隕石的研究, 迫切需要加大我們極地微隕石收集和研究的投入, 進(jìn)而推進(jìn)我國(guó)天體化學(xué)和南極科學(xué)的發(fā)展?；谀壳拔㈦E石的研究情況, 筆者對(duì)我國(guó)極地微隕石研究提出的初步設(shè)想如下:

1. 以南極隕石為基礎(chǔ), 成立專業(yè)的極地隕石與微隕石考察隊(duì)

我國(guó)通過(guò)7次南極隕石考察, 熟悉了南極野外地區(qū)的地理環(huán)境, 摸清了當(dāng)?shù)仉E石的富集特點(diǎn), 掌握了隕石搜尋的經(jīng)驗(yàn)。目前, 參加過(guò)南極隕石考察的專業(yè)人員約有5—6人, 他們同時(shí)也是天體化學(xué)專業(yè)的科研人員, 具有開展微隕石收集和研究的知識(shí)背景, 以這些人員為先導(dǎo)力量, 成立南極微隕石收集分隊(duì)。分隊(duì)以在南極隕石考察的基礎(chǔ)上, 開展微隕石工作: 制定極地微隕石收集的整體方案; 開展極地微隕石的收集; 對(duì)微隕石進(jìn)行預(yù)分析等。微隕石收集隊(duì)伍的成立不僅能提高微隕石收集成效, 而且對(duì)于我國(guó)培養(yǎng)年輕一代天體化學(xué)專業(yè)人才具有重要的意義。

2. 結(jié)合極地考察站, 進(jìn)行不同區(qū)域不同環(huán)境下的微隕石收集

我國(guó)開展極地考察已經(jīng)30多年, 在南北兩極地區(qū)建立了5個(gè)考察站作為極地考察的后勤基地, 以促進(jìn)極地科學(xué)的發(fā)展。科考站分布廣, 地理位置特殊, 所處的氣候環(huán)境各有不同。因此, 以考察站為基礎(chǔ), 根據(jù)世界各國(guó)在極地收集微隕石的情況以及微隕石的富集因素, 我國(guó)的收集可以在以下幾個(gè)方面開展: (1)與極地冰川、地質(zhì)等研究隊(duì)伍合作, 從昆侖站和泰山站附近采集的內(nèi)陸冰層(冰芯)中收集微隕石; (2)以5個(gè)考察站的生活用水為基礎(chǔ), 大量化雪化冰來(lái)收集微隕石; (3)結(jié)合極地的地質(zhì)情況, 在北極的黃河站、南極的中山站和長(zhǎng)城站附近尋找季節(jié)性湖泊, 在湖底中收集微隕石; (4)在格羅夫山隕石富集區(qū), 收集暴露于藍(lán)冰上顆粒較大的微隕石, 同時(shí)融化淺層的藍(lán)冰, 收集微隕石; (5)在北極黃河站和南極長(zhǎng)城站附近, 利用夏季冰川融化后造成的殘余水溝中, 收集沉積物中的微隕石; (6)在內(nèi)陸的昆侖站、泰山站及中山站周邊, 通過(guò)融化新鮮雪來(lái)收集微隕石。

3. 開展系統(tǒng)的微隕石分析和理論研究

在上20世紀(jì)70—80年代, 我國(guó)的微隕石研究工作取得了一些成果。開展微隕石研究的意義已經(jīng)在前文中描述, 然而, 我國(guó)在現(xiàn)階段開展微隕石研究方面, 還存在以下幾個(gè)問(wèn)題: (1)在南極隕石大量的收集之后, 天體化學(xué)專業(yè)發(fā)展迅速, 但近20年來(lái), 我國(guó)的微隕石研究幾乎是空白; (2)天體化學(xué)研究隊(duì)伍人員不多, 且分散在各個(gè)不同的科研機(jī)構(gòu), 每個(gè)科研機(jī)構(gòu)有著自己的工作特色和研究方向; (3)微隕石因顆粒細(xì)小, 對(duì)樣品處理和分析技術(shù)的要求高, 且微隕石類型豐富, 需要有較強(qiáng)的理論知識(shí)背景和分析水平; (4)盡管第19次和第32次南極科考隊(duì)在格羅夫山收集了少量微隕石, 但未開展任何研究。因此, 我國(guó)應(yīng)從以下幾方面開展微隕石研究: (1)以已有的樣品為基礎(chǔ), 開展一些基礎(chǔ)性研究工作; (2)將收集的微隕石樣品分發(fā)給不同的科研院所, 從不同的研究方向出發(fā), 相互配合, 全面開展微隕石研究; (3)以微隕石收集為基礎(chǔ), 激發(fā)青年研究人員工作熱情, 培養(yǎng)年輕一代天體化學(xué)人才。

致謝 我國(guó)南極隕石和微隕石研究得到了國(guó)家極地考察辦公室和中國(guó)極地研究中心的大力支持。論文得到了匿名專家的評(píng)審和建議。在此一并致謝。

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105 肖小月, 歐陽(yáng)自遠(yuǎn). 宇宙塵的收集、鑒別與類型[J]. 地質(zhì)地球化學(xué), 1984(2): 32—38.

106 李春來(lái), 歐陽(yáng)自遠(yuǎn), 劉東生, 等. 黃土中微玻璃隕石和微玻璃球的發(fā)現(xiàn)與意義[J]. 中國(guó)科學(xué) B 輯, 1992, 1(1).

COLLECTION, RESEARCH AND PROSPECTS OF MICROMETEORITES FROM POLAR REGIONS

Xia Zhipeng1,2,3, Miao Bingkui1,2,3, Zhang Chuantong1,2,3, Huang Lilin1,2,3

(1Guangxi Key Laboratory of Hidden Metallic Ore Deposits Exploration, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China;2Key Laboratory of Planetary Geological Evolution at Universities of Guangxi Province, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China;3Institute of Meteorites and Planetary Materials Research, Guilin University of Technology, Guilin 541004, China)

The study of micrometeorites provides valuable insights into extraterrestrial environments and the evolution of the solar system. Since the 1940s, micrometeorite collection has been the focus of international research, with many scientific achievements made based on collections from polar regions. Although micrometeorite research in China occurred mainly between the 1980s and 1990s, it has more recently stagnated. This article summarizes discoveries regarding micrometeorites from polar regions, and proposes prospects and plans for future study.

micrometeorite, Antarctic, Arctic, meteorite, collection

2018年3月收到來(lái)稿, 2018年4月收到修改稿

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41173077、41776196)、科技部國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)項(xiàng)目(2005DKA21406)、廣西科技計(jì)劃項(xiàng)目(桂科AD16450001)、桂林理工大學(xué)2017年大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(201710596005)資助

夏志鵬, 男, 1990年生。實(shí)驗(yàn)師, 博士研究生, 主要研究隕石。E-mail: xiazhipeng@glut.edu.cn

繆秉魁, E-mail: miaobk@glut.edu.cn

10. 13679/j. jdyj. 20180014