一块黑石头砸穿屋顶,要认身份先看成分:石陨石、铁陨石、石铁陨石三大类。掉下来的石头大多属于第一类,第一类里又大多是球粒陨石。
一、先按成分分三类:石头、铁疙瘩、半石半铁
陨石分类第一依据是成分,不是大小,也不是颜色。按矿物和化学组成,陨石分成石陨石、铁陨石、石铁陨石三大类。石陨石以硅酸盐矿物为主,只夹带少量铁镍金属;铁陨石几乎全是铁和镍的合金;石铁陨石是金属和硅酸盐混在一起,两种成分比例相当。
这种划分对应母体天体的内部结构。一颗足够大的小行星在早期会熔融,重的金属下沉形成金属核,轻的硅酸盐浮在上面的幔和壳。撞击打碎母体后,来自核的碎块是铁陨石,来自幔和壳的碎块是石陨石。看一眼成分,大致能知道这块石头原来在那个天体的哪一层。地球也是这个结构,地核以铁镍为主,地幔以硅酸盐为主。
| 类别 | 主要成分 | 常见特征 | 数量 |
| 石陨石 | 硅酸盐为主,含少量铁镍 | 密度接近普通岩石,多数能被磁铁吸住,表面常有黑色熔壳 | 占绝大多数 |
| 铁陨石 | 铁镍合金 | 密度明显偏大,磁性强,切面有金属光泽 | 少数 |
| 石铁陨石 | 金属与硅酸盐混合 | 金属基质里嵌着硅酸盐晶体 | 很少 |
三类数量悬殊,原因在母体。石质母体在小行星带里本来就多,而金属核只能在大天体里形成,天体越大数量越少。结果就是掉到地面的陨石里,石陨石占绝对多数,铁陨石和石铁陨石都只是零头。
拿在手里时,三类的差别很直接。同样大小的石头,铁陨石明显压手,因为铁的密度比岩石高得多。石陨石的分量跟地球上的玄武岩、花岗岩接近,只靠手感分不出来。磁铁是另一道筛子:铁陨石几乎一吸就粘,石陨石多数也能吸住,但吸力弱,有些靠近距离才反应。
熔壳是第三道线索。陨石穿过大气时表面熔融,落地后凝成一层薄薄的黑色或褐黑色外壳,厚度像一张纸,表面带流动的纹路。这层壳风化得快,落下来几年就开始剥落,所以老陨石往往没有熔壳可用。
先要清楚,这三类只是最粗的分法。每一类下面还有更细的层级,靠的是球粒的有无、金属含量、氧同位素比值这些实验室指标。肉眼能做的只是初步筛选,真正定性要进实验室。
二、球粒陨石:占86%,45.6亿年前形成
石陨石内部再分两拨:有球粒的和没球粒的。有球粒的那一拨叫球粒陨石,是最常见的一类,约占全部陨石的86%。剩下那点份额里,才是无球粒陨石和其他类型。随手捡到一块真陨石,最可能的身份就是球粒陨石。
球粒是直径毫米级的小圆球,切开后断面上密密麻麻。它们是太阳系早期熔融的硅酸盐液滴在太空里快速冷凝形成的,凝出来就是小球。这种结构在地球岩石里基本找不到,成了判断陨石最有力的一条线索。
球粒陨石的形成年龄约45.6亿年,是太阳系最原始的物质之一。太阳系的年龄就是靠这类陨石测出来的,因为它们从形成到现在基本没被改造过。它们的母体小行星个头不大,从来没被加热到整体熔融,所以球粒保住了,化学成分也保住了。
对比一下无球粒陨石。它们来自经历过熔融分异的母体,岩石被重新熔化、结晶,球粒消失了,成分也随分异改变。球粒陨石像没动过的原始记录,无球粒陨石像被反复涂改过的手稿。两者外观可能接近,切开看球粒有无就能分开。
球粒陨石还能再分。按金属铁的含量和氧化程度,分出几个化学群,常见的普通球粒陨石按铁含量高低再分成不同组。铁含量越高,磁铁吸得越牢,切开后能看到闪亮的金属颗粒。这条规律捡陨石的人常用:吸力强、切面金属点多的,多半偏铁。
数量占比高还有一个现实原因。石质碎块进入大气时容易崩解成很多块,落地后散布成一片。一次坠落能捡到几十上百块的情况并不少见,而铁陨石通常只有一块或几块主体。
球粒陨石的价值在于免费送上门。小行星探测任务要花巨资飞过去取样带回,而这些石头自己落下来,还带着太阳系婴儿期的化学指纹。
三、碳质球粒陨石:含水,还带有机分子
球粒陨石里有一支特别受关注的,叫碳质球粒陨石。它颜色偏黑偏灰,质地脆,含碳量明显高于其他球粒陨石。名字里的“碳质”说的就是这个。
碳质球粒陨石含有水和有机分子。水不是能拧出来的液态水,而是锁在含水硅酸盐矿物的晶格里,以羟基的形式存在。加热到一定温度,这些水才会被赶出来。有机分子则是多种氨基酸、羧酸一类的含碳化合物,种类不算少。
这些有机分子是非生物成因的,跟生命不是一回事。它们说明的是,构成生命的原料在太阳系早期就存在,而且能跟着石头一路送到行星表面。至于这些原料怎么组装成第一个细胞,目前还没有答案。
有一种假说认为,地球早期的水和部分有机原料,有一部分是这类陨石在撞击期送来的。这个说法有支持也有争议:地球本身的水量巨大,单靠陨石补充未必够,但陨石确实提供了一条可观测的输送渠道。
碳质球粒陨石能保住水和有机物,原因在母体位置。它们所在的小行星母体离太阳较远,温度低,从来没被整体加热到熔融。水被锁在矿物里躲过了高温,有机物也没被烧掉。同一个小行星带,越往外,母体越冷,保留下来的挥发性成分越多。
辨认这类陨石很难。它脆、容易碎,落地后风化快,熔壳和内部特征几个月就开始变样。外观上它跟一块深色泥岩差别不大,磁铁也未必吸得住。真正定性要靠实验室测碳含量、含水矿物和氧同位素比值。
还有一个常被问到的问题:是不是每块碳质球粒陨石都能检出有机分子?检出比例不低,但不是块块都有,含量差别也大。样品处理时还容易被地球环境里的有机物污染,所以实验流程要求很严,取样和保存都要防污染。
四、铁陨石、石铁陨石和那块60吨的大家伙
铁陨石是金属块,主要成分是铁和镍。密度大,同样体积比石陨石重得多,拿在手里压手感很明显。切面抛光后有金属光泽,打磨腐蚀后常出现交错的条纹,那是铁镍在极缓慢冷却中长出的晶体。这种冷却只可能发生在大天体的核心,那里保温好,散热慢。
石铁陨石是金属和硅酸盐的混合体。最典型的一类是橄榄陨铁,金属海绵状的基质里嵌着一颗颗黄绿色的橄榄石晶体,切面看着像金属里冻住了一堆玻璃珠。这类陨石数量很少,来自金属核和硅酸盐幔交界的位置。
已知最大的单块陨石是纳米比亚的霍巴陨石,重约60吨。它落在地表后长期没被搬走,一是体积太大,二是当地没有能处理它的工业。它主要成分是铁,表面已经风化出一层铁锈壳。普通铁陨石在地表撑不了这么久,锈蚀会一点点把它吃掉,霍巴能留下来,靠的是体积。
铁陨石的辨认有一个大坑:地球上的工业铁渣、磁铁矿、赤铁矿都能被磁铁吸,铁渣还常带气孔和流纹,长得比陨石更像“陨石”。硬指标是镍,铁陨石普遍含镍,工业炉渣几乎不含镍,所以测镍含量是实验室分辨两者的常规手段。
捡陨石的人还看密度和断口。铁陨石断口是金属的撕裂状,石陨石断口更接近岩石的粒状。铁陨石在地表会锈,但形状基本还在,不像石陨石那样碎成一堆渣。
地表环境对陨石很不友好。铁陨石在潮湿地区几十年就能锈蚀得面目全非,石陨石也不过能撑长一点。南极冰盖和干旱沙漠因此成了陨石的主要采集地:前者把陨石冻在冰里,随冰流搬运并集中到少数区域;后者降水少、风化慢,落下的石头能存很久。
石铁陨石更少见,辨认上介于两者之间。它的金属部分能导电、能被磁铁吸,硅酸盐部分又像普通岩石,切开后两种材质界限分明,反而比纯铁陨石更容易下判断。
五、常见问答
问:磁铁能吸住的就一定是陨石吗? 答:不是。磁铁矿、赤铁矿、炼铁炉渣都能吸磁铁,炉渣还常带气孔和金属光泽,比陨石更像陨石。陨石大多含铁镍金属,多数能被吸住,但这只是门票。还要看熔壳、密度、断口,最终定性得靠实验室测成分和镍含量。
问:球粒陨石为什么叫“球粒”? 答:切开后断面上能看到毫米级的小圆球,这就是球粒。它们是太阳系早期熔融的硅酸盐液滴在太空里快速冷凝形成的。这种结构在地球岩石里基本没有,是判断陨石的重要线索。这类陨石的形成年龄约45.6亿年,是太阳系最原始的物质之一。
问:为什么捡到的陨石绝大多数是石陨石? 答:石质母体在小行星带里数量最多,金属核只能在大天体内形成,天体越大越稀少。所以石陨石占了绝对多数,其中的球粒陨石又约占全部陨石的86%。铁陨石和石铁陨石加起来只是零头。加上石陨石进入大气时容易崩成多块,一次坠落能捡到不少。