陨石如何分类?

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十月¢潴潴 发表于 2024-1-21 07:24:34|来自:北京 | 显示全部楼层 |阅读模式
陨石如何分类?
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likey 发表于 2024-1-21 07:24:53|来自:北京 | 显示全部楼层
大落 发表于 2024-1-21 07:25:42|来自:北京 | 显示全部楼层
想了解陨石的分类,首先得掌握一些预备知识。
(一)行星的分异
在太阳系早期,散落在太阳系内部的岩石碎片逐渐堆积,质量稳步增长。岩石碎屑撞击早期行星产生热量,熔融行星表面的岩石。这些逐渐增加的质量压缩行星,产生重力势能并转化为行星内部的热量。与此同时,放射性同位素的衰变也产生热量促进行星的熔融。这些热源提供热能以完全熔融年轻的行星。最终的结果就是较重的元素如铁和镍向行星的深处“下沉”形成内核,较轻的硅酸盐“上浮”形成行星的幔。



行星的分异。

行星的分异的过程中,行星的原始物质完全熔融,矿物组分重新分布。而那些质量较小的小行星不具备分异的条件,因此保留了它们原始的矿物组分和结构。
可以依据陨石来源的不同,把陨石分为分异型陨石(Differentiated meteorites)和未分异型陨石(Undifferentiated meteorites)两个大类。
(二)陨石的球粒
原始太阳星云的固态物质吸积形成“沉积岩”,这些由太阳星云原始物质组成的岩石里含有大量的球状硅酸盐结构。根据这一特征,我们把那些含有球状硅酸盐结构的陨石称为球粒陨石。目前在地球上搜集到的陨石中,有95.4%都是球粒陨石(chondrites)。
碳质球粒陨石Northwest Africa 1152[1],可见球粒结构。


(三)陨石的热变质
我们已经知道,在原始的陨石中含有大量硅酸盐球粒。但并不是所有的球粒陨石中都能观察到像上图那样密集而且清晰的球粒,在部分球粒陨石中,球粒结构很模糊甚至几乎没有球粒结构。研究人员认为,太阳系早期吸积形成的小行星中含有大量球粒,但随着小行星的积聚生长,其内部的温度随着深度的增加而升高。同时在小行星的内部还有放射性元素Al-26衰变产生的热量。在小行星母体的中心附近,温度能够达到950℃,这个温度虽然不足以熔融硅酸盐球粒,但已经能够使陨石的基质和球粒重新结晶,导致球粒的边缘模糊甚至消失。
一块热变质程度很低的普通球粒陨石NWA 2892[2],岩石学分类为3型(下面会介绍)。可以在切面上观察到大量且清晰的球粒。


一块热变质较高的普通球粒陨石NWA 10587[3],岩石学分类为5型。切面上的球粒特征几乎消失殆尽。


根据陨石所经历的热变质的强度,可以把陨石分为7个岩石学类型。
简言之,3型陨石是最原始的陨石,热变质程度最低、球粒特征最明显。4~7型陨石的热变质强度逐渐升高,球粒特征逐渐减弱。3~1型陨石的水蚀变逐渐增强(含水量渐高,矿物发生水蚀变的程度渐高)。
左列的英文代号是不同化学群的陨石,这部分在下文会有介绍,这里不做详细解释。表中可以看出不同类型的陨石有不同的岩石学特征,比如大部分碳质球粒陨石(C开头的代号)的共性是高含水量[4],所以大部分碳质球粒陨石的岩石学分类低于3。



球粒陨石的岩石学分类。

现在已经知道原始的陨石是富含球粒的,部分陨石因经历了热变质而重结晶导致球粒结构消失。对于那些来自于分异的行星的分异型陨石,由于经历了完全熔融,球粒结构完全丧失。
对于这部分因经历了分异熔融而没有球粒结构的陨石,我们称之为无球粒陨石(achondrites)。
但要注意,部分没有球粒的陨石因发生化学变化或者在太空中和其他小行星发生剧烈碰撞而熔融破坏了球粒结构。这部分陨石虽然没有球粒,但由于它们并不是来源于分异型行星,所以仍然属于球粒陨石。如在含水量高达20%的CI碳质球粒陨石中,由于水与陨石中的主要矿物橄榄石和辉石等发生反应形成水合硅酸盐矿物,陨石中的球粒结构丧失。
CI碳质球粒陨石Ivuna[5],没有球粒。


(四)铁陨石和石铁陨石
行星分异的结果是形成镍铁内核。而铁陨石和石铁陨石分别来自于分异型行星的内核和核-幔交界处,显然铁陨石、石铁陨石属于分异型陨石。
(五)陨石的矿物学分类
通过上面的描述,我们已经知道球粒陨石来自于未分异的小行星,保留了最原始的矿物组分。但不同球粒陨石的矿物成分有所不同,根据陨石中矿物的差异,可以把球粒陨石分为:
①碳质球粒陨石(carbonaceous chondrites):相对于其他陨石,碳质球粒陨石通常表现为高含碳量。在命名上,碳质球粒陨石以大写字母C开头。
②普通球粒陨石(ordinary chondrites):普通球粒陨石占目前发现的陨石的85%,是最常见的陨石。
③顽辉石球粒陨石(Enstatite chondrites):由于顽辉石球粒陨石在高度还原的环境下形成,陨石中大部分铁都以金属单质或硫化亚铁的形式存在。顽辉石球粒陨石的辉石(石质陨石的主要矿物都是橄榄石、辉石、长石)几乎不含铁,只含有几乎纯净的镁硅酸盐。这样的辉石称为顽辉石,相应的,这类陨石称为顽辉石球粒陨石。在命名上,顽辉石球粒陨石以大写字母E开头。
④R型球粒陨石 Rumuruti(R):R型球粒陨石是个比较偏门的小群,特点是该型陨石是所有球粒陨石中氧化程度最高的,基本不含单质铁。
碳质球粒陨石Allende,碳质球粒陨石呈深灰色至黑色,有点像木炭。



碳质球粒陨石Allende

(六)一类特殊的陨石——原始无球粒陨石(Primitive Achondrites)
结合上面的知识,我们用“原始”这个词来形容那些保留了原始矿物组分的,未分异的球粒陨石。那么这里为什么用“原始”来形容经历了行星分异熔融的陨石呢?
答案很简单——因为原始无球粒陨石比无球粒陨石更加接近于原始太空岩石(球粒陨石)的矿物组分。上面已经说过,无球粒陨石的前身是球粒陨石,千千万万的球粒陨石聚集成足够大的行星,而这些行星的分异产生了无球粒陨石。
在行星的分异进程中,球粒陨石在行星内部经历强热变质作用,逐渐向无球粒陨石转变。然而这种转变还没完成,行星就因被其他小行星撞击等原因产生碎片,这些碎片就是原始球粒陨石。
在部分原始无球粒陨石中,还能够观察到未被重结晶破坏的球粒结构。
原始无球粒陨石 NWA 8251,绿色的是橄榄石晶体。红棕色的是陨石中铁镍金属风化产生的锈迹。


有了上述的理论,就能够初步了解陨石的分类了。下面是分异型陨石的分类图。


从图中可以看出火星陨石、月球陨石、来自灶神星的陨石(HED)等都属于来自行星的无球粒陨石,这里不过多介绍了。
更普遍的分类图如下:
chondrites:球粒陨石
carbonaceous:碳质球粒陨石
ordinary:普通球粒陨石
Enstatite:顽辉石球粒陨石
Rumuruti(R):R型球粒陨石
achondrites:无球粒陨石
Primitive Achondrites:原始球粒陨石
Iron meteorites:铁陨石
Stony-iron meteorites:石铁陨石



陨石的分类。图源NASA

从图中可以看出,除了上面介绍的陨石基本分类以外,对于某一类型的陨石,还有更为细致的化学群分类。如图中的铁陨石可以根据痕量元素Ga、Ge、Ir的含量不同,分为14个化学群:IAB、IC、IIAB、IIC、IID、IIE、IIF、IIG、IIIAB、IIICD、IIIE、IIIF、IVA、IVB,不同化学群的铁陨石的物理、化学性质有所不同。
碳质球粒陨石根据矿物学和化学成分的不同可以分为CI、CM、CV、CO、CK、CH、CB、CR共8个群,不同群的碳质球粒陨石的物理、化学性质也不同。
石铁陨石还可以分为橄榄陨铁和中铁陨石,橄榄陨铁、中铁陨石内部还有更细致的分类。如橄榄陨铁(Pallasite)还分为主群橄榄陨铁(Pallasite, PMG)、鹰站橄榄陨铁(Pallasite, PES)、辉石橄榄陨铁。还有部分未分群的橄榄陨铁。等等。
辉石橄榄陨铁Brenham


回答主要参考资料和书籍还有《陨石-户外搜寻与鉴定》、《中国陨石导论》(王道德等)和部分NASA和陨石学会的文章。以上只是简述陨石的分类,关于陨石的详细分类体系可以参考陨石学会的论文(公开途径下载)。
Systematics and Evaluation of Meteorite Classification.pdf
WAITWIND 发表于 2024-1-21 07:26:36|来自:北京 | 显示全部楼层
现在陨石的分类有点乱,官方没有正式消息,只有民间和一些所谓的科研机构在搞分类这个东西。在我看陨石可以分石质陨石和非石质陨石(玻璃陨石),石质陨石可以分无磁石质陨石、非磁性金属石质及有磁性金属陨石三类。

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