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      穿回古代撿塊隕石

      2021-03-03 07:43:22葉山
      科學(xué)Fans 2021年2期
      關(guān)鍵詞:南丹縣南丹球粒

      葉山

      南丹IIICD 鐵隕石(攝影:周江)

      公元1516年,農(nóng)歷五月的一個(gè)夜晚,明朝廣西慶遠(yuǎn)府下轄的南丹縣,居民們結(jié)束了一天的忙碌,享受著初夏寧靜的夜晚。突然,漆黑的夜空被一道閃電劃破,縣城西北的天空中出現(xiàn)了一條六丈長(zhǎng)的“神龍”,帶著耀眼的光芒從天而降,當(dāng)它接近地面時(shí),還發(fā)出了驚天動(dòng)地的巨響。在一陣猛烈的爆炸后,“神龍”一頭扎進(jìn)地底,不見了蹤跡,光芒也隨之消失,一切又歸于沉寂。

      南丹縣的居民大驚失色,傳說中的龍竟然會(huì)降臨在他們這個(gè)偏遠(yuǎn)的縣城。第二天一早,幾個(gè)膽大的居民出了城,在西北的郊野撿到了許多散落的石塊。這些石塊大小不一,表面都是銀色的?!斑@是老天賞給咱們的銀石啊”,人們大喜過望,架起高爐準(zhǔn)備提煉白銀。

      然而令人意外的是,不管怎么加熱,銀礦石都不熔化,更別提什么白銀了。這件離奇的經(jīng)歷驚動(dòng)了慶元府的地方官,官員派人前來調(diào)查一番后,認(rèn)定這并不是什么“天降神龍”,而是隕石墜落,于是命人將這件事記載進(jìn)了慶遠(yuǎn)府的地方志。由于這顆隕石墜落并沒有造成大的損失,因此也沒有引起更大的關(guān)注。南丹縣的居民和地方官都沒有想到,這塊隕石會(huì)在四百年后,聞名中外。

      “天外來客”真面目

      前面那個(gè)故事其實(shí)是在史實(shí)的基礎(chǔ)上想象加工的,但南丹鐵隕石確實(shí)是國(guó)內(nèi)唯一既有歷史記載,又找到碎片的隕石。在它掉下來的時(shí)候,當(dāng)?shù)氐牡胤街揪陀涗浽诎噶?,以至于后來在進(jìn)行研究時(shí),一下子就匹配上了。

      怎么就認(rèn)定它是一塊鐵隕石呢? 20世紀(jì)50年代,新中國(guó)大煉鋼鐵,南丹縣人在鄉(xiāng)野間再度“發(fā)現(xiàn)”了這些散落滿地的碎塊。他們以為這些碎塊是鐵礦石,就將此事報(bào)告給了當(dāng)?shù)卣?。中?guó)科學(xué)院的專家們得知這個(gè)消息后,立即派出地質(zhì)學(xué)家前去調(diào)查,他們很快就意識(shí)到這些“礦石”很可能是天外來物。經(jīng)過實(shí)地采樣和科學(xué)分析,地質(zhì)學(xué)家們確認(rèn)這是來自宇宙空間的隕石,而且是典型的鐵隕石,主要成分為鐵和鎳。因?yàn)榘l(fā)現(xiàn)地點(diǎn)是南丹縣,科學(xué)家便將其命名為南丹鐵隕石。

      幾年后,有學(xué)者把它與地方志《慶遠(yuǎn)府志》中關(guān)于1516年那件奇聞逸事的記載聯(lián)系起來,這是古代文獻(xiàn)中記載的資料被現(xiàn)代科學(xué)揭示真相的一個(gè)經(jīng)典例子。1973年,南丹鐵隕石被確認(rèn)為中國(guó)境內(nèi)最大的鐵隕石。目前已發(fā)現(xiàn)碎片的總重量為9.5噸,而專家推測(cè)它原本的總重量可能在15噸左右。這些碎片被收藏在國(guó)內(nèi)外的博物館里,其中最大的碎片重達(dá)2噸,和其他諸多隕石一樣有很高的科研價(jià)值。

      現(xiàn)陳列于重慶自然博物館地球廳的南丹IIICD鐵隕石(Nandan IIICD Siderolite),現(xiàn)重約78千克。經(jīng)過500余年的時(shí)間洗禮,它的表面已是銹蝕斑駁,這恰好說明鐵隕石在地球環(huán)境里不易保存、極易風(fēng)化蝕變。以南丹IIICD鐵隕石為代表的鐵隕石的銹蝕風(fēng)化與地球原生的巖石礦物是完全不同的。鐵隕石在地表潮濕富氧條件下,會(huì)在表面鐵含量純度相對(duì)較低處率先開始氧化,并且生成的氧化物會(huì)形成一個(gè)內(nèi)空膜狀體。膜狀體吸收空氣里的水分,將水分包裹在內(nèi)部,從外部宏觀的視角來看,鐵隕石的表面像是在“流鐵銹眼淚”。這是判別鐵隕石真?zhèn)蔚闹匾獦?biāo)志,人類冶煉的鐵產(chǎn)品無法“流眼淚”,具體原因就是與鐵隕石產(chǎn)生的外太空環(huán)境有關(guān)。

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      陳列于重慶自然博物館的鐵隕石旁,散落著一些氧化后掉落的碎屑,隔段時(shí)間,博物館的工作人員就會(huì)進(jìn)行清掃,并把這些碎屑收集存放起來,它能為人們研究隕石,探知宇宙環(huán)境提供重要信息。

      顧名思義,沉積巖就是在沉積過程中形成的巖石

      地外巖石“三兄弟”

      隕石也叫隕星,是來自宇宙空間的地外巖石。當(dāng)這些地外巖石進(jìn)入地球大氣層之后,大部分物質(zhì)都會(huì)因?yàn)槟Σ廉a(chǎn)生的高溫而被燃燒掉,只有少部分成功抵達(dá)地面的殘余物才會(huì)成為隕石。根據(jù)化學(xué)成分,我們把隕石分為石質(zhì)隕石、石鐵質(zhì)隕石和鐵隕石三大類。其中,石質(zhì)隕石最為常見,而鐵隕石很少,只占所有已發(fā)現(xiàn)隕石數(shù)量的5.7%。不過,相對(duì)于石質(zhì)隕石和石鐵質(zhì)隕石,鐵隕石更耐高溫,在穿過大氣層之后會(huì)留下更多的物質(zhì),再加上本身的密度較大,因此雖然它們的數(shù)量少,但留在地面上的質(zhì)量卻很大,占所有已發(fā)現(xiàn)隕石質(zhì)量的90%。

      石質(zhì)隕石的主要成分為硅酸鹽礦物,含有少量的金屬,和地球上的常見巖石類似。根據(jù)結(jié)構(gòu),石質(zhì)隕石又被細(xì)分為球粒隕石和無球粒隕石兩種。

      球粒隕石含有大小不一的球狀晶粒,它們是非常古老的塵埃和顆粒,和地球形成的時(shí)間相同,并且在之后的歲月里沒有經(jīng)歷過明顯的化學(xué)變化。因此,地質(zhì)學(xué)家們通過研究掉落到地球上的球粒隕石來推測(cè)地球形成初期的化學(xué)成分和物理構(gòu)造,再通過對(duì)比球粒隕石和現(xiàn)代地殼、地幔的化學(xué)成分,來推測(cè)地核的成分。

      無球粒隕石是另一種石質(zhì)隕石,它們?cè)谛纬芍蠼?jīng)歷了熔融并重新結(jié)晶的過程,其化學(xué)性質(zhì)發(fā)生了變化,球粒也在這一過程中消失。由于它們和地球上的一些火成巖在外表上很相似,普通人很難分辨,因此被發(fā)現(xiàn)的無球粒隕石數(shù)量相對(duì)較少。

      如果一個(gè)隕石中的鐵和鎳等金屬成分占它重量的一半,那它就被劃分為石鐵質(zhì)隕石;而如果隕石中的金屬成分占其總重量的絕大多數(shù),那它就被認(rèn)為是鐵隕石,也叫隕鐵。這些鐵隕石最初很可能是太陽系形成早期的一些小行星的核心,在此后的漫長(zhǎng)年月里,這些小行星因?yàn)樾请H碰撞而分崩離析,它們核心的碎片偶然間落到了地球上,便形成了鐵隕石。和球粒隕石一樣,鐵隕石也有很高的科研價(jià)值,科學(xué)家們可以通過分析鐵隕石的成分,推測(cè)太陽系形成初期的歷史,以及小行星和類地行星的誕生過程。

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      依據(jù)鐵隕石的化學(xué)特征和結(jié)構(gòu)性質(zhì),可以將它劃分為不同的礦物與化學(xué)群,如IAB型、IC型、IID型、IIICD型等。它們的微量元素含量不同。IIICD是一種原始無球粒隕石,介于鐵隕石和無球粒隕石之間,主要含有硅酸鹽。

      隕石Vs.地表巖石

      隕石和地球原生的巖石應(yīng)該如何做區(qū)分呢?

      地球上的巖石分為巖漿巖、沉積巖、變質(zhì)巖,分別對(duì)應(yīng)各自獨(dú)有的結(jié)構(gòu)和構(gòu)造。以沉積巖為例,在宏觀構(gòu)造方面,沉積巖是呈一層壓一層的狀態(tài),通常其外觀看起來就非常直觀;在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上,有風(fēng)、水、冰川等環(huán)境下形成的顆粒、粉粒結(jié)構(gòu),也有完全水環(huán)境下的緩慢化學(xué)沉積,粒度更小。

      而隕石是天外來物,在墜落地球前并沒有在地球特有的地質(zhì)環(huán)境里待過。它的來源有這么幾種:太陽系形成時(shí),從未凝聚成太大星體的小塊物質(zhì)(它們是球粒隕石和原始無球粒隕石的來源);太陽系形成時(shí),曾經(jīng)凝聚成小行星大小,在熔融的狀態(tài)下內(nèi)部因?yàn)橹亓Χa(chǎn)生分層(重力分異),后來又被撞碎的碎塊(來自中心鐵核的碎片形成鐵隕石,鐵核和巖石外殼交界處的碎片形成石鐵質(zhì)隕石,巖石外殼形成無球粒隕石);因?yàn)樾√祗w撞擊而從其他行星、衛(wèi)星或矮行星等更大天體表面濺起的碎片(月球隕石、火星隕石、灶神星隕石等的來源)。

      因此,地球巖石和天外隕石有著很大區(qū)別,比如沉積巖里含有黏土、石英、碳酸鹽等成分,隕石卻沒有;有的火成巖會(huì)有很多巖漿凝固時(shí)留下的小孔,而隕石一般不會(huì)有這種情況;許多變質(zhì)巖也含有石英以及其他變質(zhì)巖特有的礦物,甚至許多變質(zhì)巖有“葉理①”構(gòu)造,這些隕石還是沒有的。同理,隕石的一些特征地球巖石也是沒有的:隕石密度通常會(huì)大于地球巖石,且其外部有一層燃燒過的痕跡;鐵隕石因?yàn)楹F量大于絕大多數(shù)地球巖石,用磁鐵就可以鑒定它。不過地球上含有磁鐵礦的巖石也有磁性,就要注意區(qū)分了;還可以進(jìn)行條痕測(cè)試來輔助判斷,如果把隕石在粗糙的瓷板上摩擦,它一般不會(huì)留下條痕,而地球上的巖石所含的礦物大部分會(huì)留下某種顏色的條痕;另外,許多隕石表面會(huì)有氣印,即外觀光滑的凹陷,這在地球巖石上也是沒有的。

      本文的主角南丹鐵隕石是一塊個(gè)頭很大的鐵隕石。它原本來自火星和木星軌道之間的小行星帶,是一顆早已毀滅的小行星的核心部分的碎片,在太空中游蕩,陰差陽錯(cuò)地撞上了地球。

      不過,自南丹鐵隕石在1516年抵達(dá)地球后,它的碎塊就一直散落在地面,分布在一片長(zhǎng)28千米、寬 8千米的區(qū)域內(nèi)。這些碎塊默默無聞地度過了400多年無人問津的時(shí)光,最終被科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)并成為研究地球科學(xué)的重要籌碼。

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