角砾岩月球陨石

角砾岩月球陨石

月球陨石不同于人类在月球岩石采样，有精确的位置信息，月球陨石可能来自月球的任何地方，对月球陨石的研究，可以让我们了解和认识到月球不同区域的岩石类型和化学成分，有重要的意义。类似于地球角砾岩，月球角砾岩陨石是月球表面不同类型岩石碎块的集合体，其全岩化学成分可以用来限定月球表面的平均成分。此件藏品角砾岩月球陨石，一块呈不规则块状，总重为105k g、密度2594、硬度65的月球角砾岩陨石，、经高温熔融外表熔流槽、熔壳、气印、气孔清晰可见。外表显见大小角砾碎宵尖锐，经多次撞击角砾形成分割、错位、移位特征。陨石外表有几道至上而下的冲击裂纹。陨石深色矿物中还沾有其它矿物，形成了“角砾中的角砾”。陨石无磁或微磁。陨石质地坚硬，骨质感强，苍劲古朴而凝重，色丰富，表面斑状纹体呈半渗透，白色云母纹遍生于四周。陨石发你第二张暗色图案(大图)象一尊弥勒佛侧像，佛头、鼻、嘴巴微张、下巴、肩膀、后背、胳膊及前胸乳房明显。第三张图下部向一只孔雀侧身像。综上所述该月陨石精品之精品，世上独一无二，不光有科研价值。同时，更具有艺术收藏意义。其陨石表面熔壳不明显，只残留少量熔壳，整体呈深灰色。经分析，此陨石具有典型的角砾岩结构，主要表面为不同大小和岩石类型的岩屑、矿物碎屑。其中中岩屑类型以月球高地岩石类型为主。主要组成矿物为斜长石、橄榄石、斜长岩等等，还有小部分陨硫铁。其主要组分来自月球高地的铁质斜长岩，并含有少量的月海玄武岩碎屑，经分析是一块月壤角砾岩陨石。虽然大部分月球陨石都是月球角砾岩陨石，但在全球目前有记录的月球陨石发现量不超200块的情况下，月球陨石都是陨石当中的稀少品种，也是研究月球表面不同岩石的重要样品，非常珍贵。

陨石在传统上被分为三大类：石陨石是岩石,主要的成分是硅酸盐矿物；铁陨石有很大部分的成分是铁-镍；石铁陨石则包含大量的金属及岩石的成分现代的分类法则依据陨石的结构、化学和同位素的组成和矿物来分组

全世界收集到的陨石约有3万多块,陨石根据所含金属含量高低不同,可以分为：

铁陨石（陨铁）,主要含有铁和镍

石铁陨石（陨铁石）,铁、镍和硅酸盐各占一半,数量甚少

橄榄陨铁

中铁陨石

石陨石（陨石）,主要含有硅酸盐,也是最常见的一种

球粒陨石

普通球粒陨石

碳质球粒陨石（碳粒陨石）

顽辉球粒陨石

无球粒陨石

顽辉无球粒陨石

橄辉无球粒陨石

HED无球粒陨石

钛辉无球粒陨石

月球陨石

火星陨石

陨石有大有小,最小的可能因燃烧变成微尘大型陨石撞击到地表会留下撞击的痕迹,称陨石坑沈阳陨石山上的古陨石曾是世界上发现的最大的一块陨石,体积155×50×60立方厘米,但是1976年3月8日呈雨状陨落在吉林市区的陨石总重量达2700公斤,其中最大的1号陨石重1770公斤,体积为117×93×84立方厘米从而吉林陨石成为“世界陨石之最”[34]吉林陨石雨降落时,没有造成一人一畜一物的伤害,实属世界陨石雨降落历史中所罕见2005年1月美国太空总署火星越野车机遇号在火星中央平原首次发现了地球以外天体上的陨石行星闯入大气层后由于经受高温高压,会产生炸裂；熔点较低的铁之类物质会被熔融分离成另一类陨石,所以主体陨石大都带有熔壳,跌落到地面大多成球状的或是扁圆的并通常带有解体口,这类陨石较为普遍

现在所发现的陨石上的组成都是由一致的地球上的元素组成的在一些陨石当中曾发现有水,还在一些陨石当中发现了构成生命物质基本成分之一的氨基酸,因此有一种假说认为地球上最初的生命来自宇宙,是陨石把生命带来地球

（一）阿波罗11号与12号的岩石几乎都是玄武岩。

（二）月岩的成分与任何地球岩石或陨石都不相同。

（叁）月岩中水份含量甚低。

（四）强烈的还原状态。例如几乎所有的铁都是二价的。氧的含量稍低。

（五）11号岩石中钛的含量甚高，12号略低，但仍比一般岩石高很多。镍的含量甚低。

（六）铕的含量甚低。称为铕之异常（Europium Anomaly）。

（七）挥发性元素含量较低。

月球陨石（Lunar Meteorite）月球受到小行星撞击后，月球物质进入地月空间，然后陨落到地球的陨石。月球陨石是一种无球粒陨石，月球陨石依据其在月球母体时所处的不同位置大致分为三个类型：月球高地斜长岩、月海玄武岩，与月海静海石以及混合岩。分别来自于月球高地、月海、高地月海交界地带。它是透过与人类从月球取回的样品进行对比研究后确定的。月球岩石的成分

岩石成分是研究岩石成因的重要依据。例如，就月岩的成分与地球岩石或陨石有何异同之处，可以比较它们在成因上的相互关系。附带一提的是，在近代天文研究上，尤其是太阳系的成因与演化，化学担任一个非常重要的角色。

从这些特性中可以发现：

（一）月岩与地球或陨石物质并非同一来源，它们可能各在太阳系中不同的区域，在不同的环境下形成的。

（二）月岩的水份甚低，月球在过去的地质年代中也不会有水份存在的迹象。因之也不会有生物存在的可能。

月球玄武岩是构成月球的主要岩石之一，颜色为黑色，白色、暗紫色、紫红色、红色、绿色、墨绿色、灰绿色、**、棕**、混合色等。成斑状结构的构造和杏仁构造十分普遍，并存在黑云母与金云母，也存在黄铁矿、黄铜矿、方黄铜矿、及尚不清楚的矿物。 一些在地球表面最常见的矿物质在月球样品中是罕见或从未发现。它们分别是：石英，方解石，磁铁矿，赤铁矿，云母，角闪石，和大多数硫化物。月亮陨石含有的金属比普通球粒陨石要小得多，铁含量远低于1％。由于月亮还在天上掉下来的只能是被打落的表面部分和地球一样,铁黄金等密度高的物质在星球的较深处不容易飘下来

在阿波罗飞船登月之前，陨石是人类惟一能直接观测的地球之外的固态物体。已发现陨石的质量可从几克到数吨。陨石主要来自火星和木星之间的小行星带和彗星。火星和月球陨石已有少量发现。对陨石的研究为测定太阳系的化学组成和演化提供了可以直接观测的物证。

（一）陨石的类型

陨石主要由铁、镍金属和硅酸盐组成，根据陨石中铁、镍金属含量将陨石划分为三类：

地球化学原理（第三版）

铁陨石（siderite）：主要由铁纹石和镍纹石两种矿物组成。其镍的质量分数为4%～30%。除金属矿物外，还有少量副矿物，如陨硫铁（FeS）、磷铁镍钴矿及石墨等。

铁-石陨石（siderolite）：由大致等体积的硅酸盐相和铁镍相组成。

石陨石（Aerolite）：主要由硅酸盐矿物组成。根据是否含球粒可分为球粒陨石和无球粒陨石两个亚类。

球粒陨石（Chondrite）：是各类陨石中最常见的陨石类型。其最大特点是具有球粒构造。球粒一般由橄榄石和斜方辉石组成，球粒间的基质常由镍铁、陨硫铁、斜长石、橄榄石、辉石等组成。

无球粒陨石硅酸盐相达98%以上，几乎不含金属相。陨石的结构表明，无球粒陨石、铁陨石和铁石陨石都经历过岩浆演化过程。

在已发现的陨石块体中还见有玻璃陨石。玻璃陨石是陨落过程中，陨石与大气摩擦高温熔化的产物，其熔化程度和结构可做判断陨落速度和边部温度的信息。

（二）陨石的化学组成

由于陨石具有不同的类型，各类陨石的化学组成有明显的差异。

石陨石、铁陨石和陨石的平均化学组成列于表1-21。铁-石陨石的化学组成介于铁陨石和石陨石之间。从表中可以看出，组成陨石的主要元素是氧、铁、硅和镁，它们占陨石总质量的90%以上。

表1-21 陨石的平均化学组成（wB/%）

陨石金属相、硫化物相和硅酸盐相的主要化学元素见表1-22。从表中可知，金属相中除主要为Fe、Ni外，其次是Co和P。硫化物相主要为Fe、S、P。硅酸盐相则富集O、Si、Al、Mg、Ca、Na、K、Ti、Cr等亲石和亲氧元素。

表1-22 不同陨石相的主要元素组成（wB/%）

球粒陨石是已发现的陨石中数量最多的陨石。球粒陨石的平均化学成分列于表1-23。

表1-23 球粒陨石的平均化学成分（不包括S、H、C、O）

碳质球粒陨石是一种罕见的特殊陨石类型，一般认为，碳质球粒陨石是太阳系中初期形成的陨石。碳质球粒陨石中的非挥发性组分，（如Fe、Si、Mg、Al、Ca等）代表了太阳星云的平均化学成分，其元素丰度同太阳中所观察到的非挥发性元素丰度几乎完全一致，因此碳质球粒陨石的化学成分被用于估算太阳系非挥发性元素的丰度。碳质球粒陨石中还发现有有机物，如氨基酸、卟啉、烷烃、芳香烃等，这对探索生命前期有机质的合成、化学演化和地球生命的起源提供了重要依据。

月球陨石（Lunar Meteorite）月球受到小行星撞击后，月球物质进入地月空间，然后陨落到地球的陨石。

月球陨石是一种无球粒陨石，月球陨石依据其在月球母体时所处的不同位置大致分为三个类型：月球高地斜长岩、月海玄武岩，与月海静海石以及混合岩。分别来自于月球高地、月海、高地月海交界地带。它是透过与人类从月球取回的样品进行对比研究后确定的。月球陨落的陨石的熔壳是玻璃质的熔壳，如果发现一颗陨石它具有一切陨石的特质并没有黑灰色的熔壳，敲击后有一层一毫米左右的透明玻璃质的熔壳，那就可以是判断为月球陨落陨石的风向标。

陨石的熔角，月球陨石的发现和研究，促进了火星陨石的鉴定和研究。　科学研究认为，月球与地球都是由相同的物质元素以不同的比例“混合”形成的。所不同的是月球更富含难熔元素。所有月球岩石都是通过岩浆或火山作用形成的。月岩可粗略地分为玄武岩、斜长岩和角砾岩三类。月岩中含有大量矿藏，目前已发现了100多种，其中，绝大多数矿物的成份和构造与地球的矿物相同，另外，还发现了静海石等6种在地球上未曾发现的矿物。

月表物质及组成 从月球表面采回的样品大致可分为3类:①结晶质火成岩；②角砾岩；③月壤和玻璃颗粒。岩石类型有月海玄武岩、非月海玄武岩和富克里普岩。在月岩中已发现3种地球上没有的新矿物:静海石、铁三斜辉石和低铁假板钛矿。与地球玄武岩相比，月海玄武岩的K2O、Na2O和Al2O3含量较低，FeO和Cr2O3含量较高。月岩不含水,无三价铁，但含金属铁和陨硫铁(FeS)（见月岩和月壤）。斜长岩是月球上的古老岩石，主要由富钙的斜长石组成,含Al2O3约35％。月壤（直径小于1毫米的颗粒）由不同比例的结晶质岩石、角砾岩碎片

（一）月球岩石样品的来源

月球岩石（moonrock，lunar rock）样品的来源有两个，一是从月球表面采回，二是陨落在地球表面的月球陨石。

自1969年7月20日美国第一艘载人登月飞船成功降落在月球静海，至1972年共有6次阿波罗登月飞行，带回了岩石及土壤样品3817kg。原苏联有三次未载人的登月飞行带回了326g月岩土壤样品，历史上的登月点及时间见表28－1及表28－2。

21世纪以来，中国和印度等国家都制定了各自的登月和采样返回计划，美国正在实施新的重返月球计划，日本的探月计划也在实施中，因此不久的将来，人类将可能获得大量的月球样品和探测数据。

表28－1 阿波罗登月活动表

表28－2 原苏联月岩样品采集活动表

月球岩石的另外一个重要来源是月球陨石。当小天体撞击月球表面时，巨大的撞击能量使月球表面的岩石和土壤气化、熔融，并包裹一些岩石碎块角砾向外溅射，形成相应大小的撞击坑。这些溅射物中的熔融物质快速冷却形成玻璃，迅速胶结形成各种碎块角砾。当被溅射的物质的速度大于月球逃逸速度时，就能脱离月球引力场进入星际空间，在星际空间运行一段时间后被地球捕获，降落至地表，成为月球陨石。

目前回收的月球陨石超过160块，大约77对月球陨石都是在沙漠和南极被发现的。从岩石学和化学成分来看，月球陨石有三种端元类型：(1)角砾岩化斜长岩，具高Al2O3（26％～31％），低FeO（3％～6％），以及低的不相容元素（Th ＜1μg/g）；(2)玄武岩和角砾岩化玄武岩，具高FeO（18％ ～22％），中度低的Al2O3（8％ ～10％）和不相容元素（Th：04～21μg/g）；(3)苏长质成分的冲击熔融角砾岩（Al2O3：16％，FeO：11％），具极高含量的不相容元素（Th33μg/g）。这类岩石被称为KREEP岩，因为其与Apollo样品中的KREEP岩类似（Korotev，2005）。另外，还有一些陨石为具中性成分的复成分角砾岩，因为它们同时含有斜长岩和玄武岩。尽管月球陨石的成分范围变化很大，种种成分参数一起使之区别于地球物质。

作为一成分端元类型，上述第(3)类月球陨石数量很少（仅见Sayh al Uhaymir 169），目前所发现的月球陨石大都不含具有高K、REE、P、Th以及其他不相容元素（即所谓的KREEP）的岩石碎屑。这与美国Apollo和前苏联Luna飞船从月球上带回的样品中大都含有不同含量的富KREEP岩石形成了鲜明对照。出现这种现象的原因其实很简单。因为所有这些月球陨石都是由于流星体冲击作用而从月球上未知地点溅射出来的随机样品，而美国Apollo和前苏联Luna飞船从月球上带回的样品则是在月球正面很局限的区域中（仅占月球表面积的5 ％）取得的，这个取样区域正好位于月球正面地球化学异常的风暴洋克里普岩区（Procellarum KREEP Terrane，PKT）区域之中或在其附近（Jolliff et al，2000）。因此，月球陨石是更具代表性的月球样品，它们可以提供月壳的矿物组成和平均化学成分。

月球陨石的分类是通过其所含矿物、结构、岩石学以及化学成分方面来划分的。这些不同的划分方案有时会很混乱，如地球化学家会划为长石质或富铝岩石，而岩石学家会称为斜长岩或风化角砾岩。

（二）月球岩石的类型和特征

构成月球表面的基本岩石－构造单元有三个，分别是月海玄武岩区，主要由月海玄武岩和KREEP岩组成；高地岩石，主要由斜长岩和富镁岩套组成；南极－艾肯盆地区，由玄武岩、富镁岩套等组成。总体来讲，月球岩石可分为四类：玄武岩、角砾岩、原始高地岩石（斜长岩）和风化层（月壤）（图28－2）。

图28－2 四种典型的月球岩石样品

1玄武岩

月球上的玄武岩大都分布在正面的月海中，在背面的大型撞击坑中也有少量的玄武岩分布。

月球上的月海一般低于周围的高地1～4km，多数呈环形。主要是由火山物质组成，但月球上的火山几乎都是平的，坡度为1：500～1：2000，这与月海玄武岩粘度小而流动性大有关。月海玄武岩的产状有熔岩流、火山渣锥、火山穹丘、火山脊、火山隧道等。熔岩流的范围也十分可观，最大的面积为2×105km2，相当于美国哥伦比亚高原玄武岩的面积，但它们的厚度仅十几至几十米，最厚者为1000m。火山渣锥的规模比地球上的火山渣锥小，火山渣的喷射速度相当于地球上喷射速度的1/3～1/10，说明月球玄武岩含较低的挥发分。典型月海玄武岩的显微镜下结构如图28－3所示。

图28－3 月海玄武岩（视域宽度8mm）

已有的月海玄武岩的形成年龄最早者为42Ga，最新者约为20Ga，均晚于高地火成岩的形成年龄。多数人认为月海玄武岩是月球内部（月幔）部分熔融的产物，有些与冲击熔融事件关系密切。月球玄武岩中Ti含量变化很大，根据Ti含量的高低，可以分为高钛玄武岩（TiO2 ＞6％），低钛玄武岩（TiO2 1％～6％）和超低钛玄武岩（TiO2＜1％）。与Apollo月海玄武岩样品相比，已知的月球陨石中全岩TiO2相对偏低。月球陨石中至今还没有发现高钛玄武岩组分，低钛玄武岩组分也只在月海玄武质陨石中发现，超低钛玄武质组分在月海玄武质陨石和混合角砾型月球陨石中有报道。与地球玄武岩相比，它有以下特征：

（1）FeO含量明显高于地球玄武岩。地球玄武岩Mg/（Mg＋Fe）变化范围为045～075，而月球玄武岩为035～065，相应的月球玄武岩中的橄榄石、辉石都属于富铁的种属，如橄榄石中最富Mg者约为Fo75～Fo80，而多数橄榄石为铁橄榄石。应用岩浆成分反演其源区成分，地球玄武岩的源区Mg/（Mg＋Fe）为091，而月球玄武岩源区为080～082。暗示月幔比地幔富Fe，这可能与月球未分异出富Fe的内核有关。

（2）K2O及Na2O的含量明显低于地球玄武岩。K的丰度与地球的低K大洋拉斑玄武岩相近，约036％，Na仅相当地球玄武岩的1/5。相应的月球玄武岩中的斜长石均属于高钙 的类型，以钙长石为主，少量倍长石，而且基本上不出现钾长石。因为K、Na在熔岩中分布均匀，所以K、Na丰度低是由于源区缺乏这两种元素，并不是因为它们具有挥发性所致。

（3）月球玄武岩形成于还原的环境，自然Fe及FeS普遍出现，缺乏Fe3＋（仅占1％）。90％的Cr是以Cr2＋出现，70％的Eu为Eu2＋，4％的Ti为Ti3＋，Ce全部为Ce3＋，未见有Ce4＋出现的证据。月球玄武岩中含有少量CO气体。岩浆中的FeO与C反应形成CO与自然Fe。这个反应是在岩浆上升到地表的过程中在约3km深处发生的。

（4）TiO2的含量有很大的变化范围，常常作为月球玄武岩进一步分类的依据。在高Ti玄武岩中，钛铁矿为常见的副矿物。

（5）月球的火山作用产物除了玄武岩之外还有火山玻璃球，它们广泛分布于月壤中。在火山口附近分布的火山玻璃球其年龄与月海玄武岩相近，也进一步证实了它与月海的火山作用有密切关系，排除了与高地月壳有关的可能。

玻璃球的直径多数在01～03mm之间，颜色多样，橙色者含Ti高（TiO2为93％），成分特点与附近的Apollo 11的玄武岩及其隙间的橙色玻璃类似，但略富Mg、Zn、Cl、Cu、Pb和其他挥发性元素。球体表面附着了似飞溅物的滴状体，成分与主体玻璃球一致，可能为低速下溅出的物质。Apollo 15附近的红色及**玻璃球与上述成因相似，也是火山成因的。

（6）由于月球表面没有水和氧气，因而岩石未遭受风化及蚀变作用，岩石新鲜，没有含水矿物出现。如月球玄武岩的结构保持了岩浆结晶的特征结构，这些都与地球玄武岩中未遭受风化作用者相似。

图28－4 球粒陨石标准化的月海玄武岩，KREEP和一个代表性的斜长岩的REE丰度

2克里普岩

是一种非常特殊的月球岩石。这类岩石含有高的Th、U、K、REE和P元素（图28－4），因此被称为 “KREEP” 岩。由于Apollo很多复角砾冲击岩都是富集Th和REE，并趋向富集所有的不相容元素。Warren ＆ Wasson（1979）认为几乎所有月壳中的不相容元素都是来自于一个共同的岩浆库——可能是一个岩浆洋残留，取名urKREEP。尽管urKREEP像KREEP，但它是一种假想物质，这种物质不会保持它原有的形式，因为一旦它形成后，就会加入到富Mg岩浆的同化反应 中（ Warren，1998；Papike et al，1996）。

KREEP岩多数是角砾岩或玄武岩的填隙物，呈隙间玻璃，最大的粒径范围仅达150μm。这种演化程度高的组分可能是岩浆结晶分离的最终产物，或者是由于陨石的冲击作用下发生了低程度的部分熔融后结晶形成。后来，在Apollo 14的岩石样品中还发现了花岗岩、高Al和高K的玄武岩以及含较高丰度的KREEP的斜长岩和橄长岩，更加证实了月球岩石中存在着演化程度（分异程度）高的残余熔体，有些岩石则是原始熔浆受到它们同化、混染后的产物。

大多数的月球陨石（高地月壤角砾岩）都是相对于Apollo和Luna月壤样品显著亏损KREEP的。最近的月球全球Th、U、K探测结果分布图显示Apollo和Luna的样品采集区恰好是KREEP富集区（Lawrence et al，2002）。

3高地岩石（highland rock）

大部分月球高地近月表的样品都是来自古老月球高地的冲击作用。而完全没有受到冲击过程改造的高地岩石是很少的。高地岩石主要由斜长岩、富镁岩套和撞击角砾岩所组成。

4斜长岩

斜长岩是月球高地月壳的主要成分，在月球背面分布最广。构成斜长岩的斜长石为富含钙的钙长石（An95～97）及少量的低钙辉石，暗示了母体岩浆规模巨大，致使组分均匀化。斜长岩是构成原始月壳最主要的岩石类型。斜长岩的Rb－Sr等时年龄为413～425Ga，87Sr/86Sr初始值为0699。

斜长岩岩套具有特有的但是不完全均一的成分，James et al（1989）提出基于基性硅酸盐Mg值和斜长石碱性含量来对其进行进一步划分。图28－5是斜长岩的典型结构与成分特征。

图28－5 原始的高地岩石（视域宽度8mm）（据华盛顿大学）

5富镁岩套（Mg－suite）

这类岩石包括苏长岩、橄长岩、纯橄岩、尖晶石橄长岩和辉长斜长岩，它们组成了富镁深成岩组合，很有可能都是堆晶岩。最高Mg的堆晶岩包括一些超基性岩，但只有纯橄岩72415（Dymek et al，1975）质量大于1g，其他的一些都大致为非代表性的橄长岩的样品。高Ca辉石在最富Mg岩套的岩浆的结晶序列中相对较晚形成。辉长斜长岩相对很少，且趋于比苏长岩具有更低的Mg和高的Na/（Na+Ca）。一些演化程度最高的初始月球岩石类型，如碱性岩套和极少的花岗岩，与富Mg岩套和/或KREEP极端不同。一些采集到的花岗岩样品显示很好的极清楚的毫米级的硅酸盐液相不混溶现象（Warren et al，1987；Jolliff et al，1999）

6月球角砾岩

月球角砾岩是月球岩石中一种特殊的岩石类型。根据阿波罗飞船采集的月壳岩石的分析结果，60％以上的岩石是由各类高地岩石经冲击破碎、部分熔融而胶结形成的角砾岩。根据角砾的构造特征，角砾岩可划分为以下类型。单组分角砾岩，由就地产生的破碎岩石角砾或经熔融重结晶角砾组成。双组分角砾岩，由就地产生的破碎岩石角砾或经冲击熔融的重结晶角砾与穿插有细脉状角砾所组成（因有两种组分的角砾而得名）。多组分角砾岩由岩屑碎块、月壤角砾、冲击玻璃等粘结而成。

这些角砾岩的岩石类型及矿物、化学成分极不均匀。由于多种类型的岩石经冲击破碎并部分熔融粘结，因而角砾岩中的角砾、玻璃和胶结物都具有多来源的特征。图28－6是一个较为典型的月球角砾岩的宏观特征，图28－7～图28－10是角砾岩的显微镜下结构照片，详细描述见图注。

图28－6 SaU 169月球陨石

图28－7 冲击角砾岩（视域宽度4mm）

图28－8 月壤角砾岩（视域宽度8mm）

7月岩和月壤的年龄

最古老的月岩是稀少的橄榄岩和橄长岩，代表月球初始熔融后首先凝固的岩石年龄。月球高地斜长岩年龄为41亿～44亿年，代表斜长岩月壳的形成年龄，随后形成的花岗质火成角砾岩的年龄为40亿～41亿年。玄武岩是最年轻的月岩，弗拉毛罗高地玄武岩的年龄为387亿～396亿年，月海玄武岩年龄为32亿～38亿年，它们是月球不同时期岩浆作用的产物：(1)静海玄武岩35亿～39亿年（低钾玄武岩374亿～393亿年，高钾玄武岩大于323亿～353亿年）；(2)澄海金牛－利特罗峡谷玄武岩碎片与玻璃样品371亿～379亿年，与静海玄武岩相当；(3)雨海玄武岩33亿～345亿年；(4)丰富海玄武岩342亿～345亿年，与雨海玄武岩相当；(5)风暴洋玄武岩32亿～33亿年。

图28－9 月壤角砾岩（视域宽度4mm）（据华盛顿大学）

图28－10 月壤角砾岩（视域宽度4mm）（据华盛顿大学）

月壤年龄为43亿～46亿年，月壤是月壳岩石破坏的产物，月壤年龄近似反映月壳的形成年龄。图28－11是月壤中不同成分的颗粒。

图28－11 月壤（视域宽度4mm）（据华盛顿大学）

（三）月球陨石研究的意义

目前人类认识和研究月球表面成分主要通过三种途径：Apollo和Luna从月球上带回的月岩样品、月球轨道器获得的遥感资料和月球陨石。三者各有优缺点，月岩样品的取样地点和地理方位已知，地质背景清楚，但这些样品均取自月球上大约5％的地区，即月球正面赤道附近，而且是地球化学异常区（风暴洋）附近，所以仅凭这些样品，很难解决月球全球性的问题；遥感资料具有全球性，但一般分辨率较差，不能得到精确的成分数据；月球陨石的具体来源地点和地理方位一般不容易知道，因而地质背景较模糊，但它们是完全随机的样品，更具广泛的代表性（月球正面、背面；赤道、两极），可以提供月壳的矿物组成和平均化学成分。因此，月球陨石已经成为人们认识和研究月球的重要研究对象。

研究月球陨石，有利于全面认识月壳的物质组成。而且通过对月球陨石的岩石学、矿物学和地球化学的研究，还可以获得有关月球形成和演化特征（Wiechert et al，2001）、月球早期的撞击事件（Cohen et al，2000）以及太阳系氧同位素组成（Ireland et al，2000）等许多方面的信息。除此之外，月球陨石的化学成分、矿物学和岩石学特征还可作为月球轨道器遥感探测的地面标准参考基点。我国嫦娥一号月球探测卫星目前正在开展对月球的探测，因而开展月球陨石研究工作不仅具有重要的科学意义，而且具有特别的现实意义。

陨石是落到地球上的行星物体碎块,即从行星际空间穿过大气层后到达地表的星体残骸,也是人类最早直接接触的地外天体物质。陨石的形态、大小各异,如陨石可以是显微质点大小,也可以是几千千克的巨块。因为陨石是太阳系中其他天体的代表样品,人们又能采用最先进的分析技术获得最精确可靠的成分数据,所以,已获得的陨石化学成分已成为估计太阳系元素丰度及推断地球化学成分最有价值的成果。

每天降落到地球表面的地外物质约102~105t,大约1%成为陨石。据估计,每年落到地球表面的大陨石约有500个,其总质量可达3×106t至3×107t。然而由于地球表面近3/4的面积被海洋覆盖,加上荒无人烟的沙漠、高山和丛林,人类能观察和找到的陨石极少,每年能见到其陨落且又能找到的陨石仅有5到6个(表11)。

表11 “陨落”和“发现”陨石的数目和频率

(转引自赵伦山等,1988)

陨石研究表明,绝大多数降落至地球的陨石来源于小行星带,也有极少数来自其他天体,如ALAH-81005和EEAT-79001两块陨石被认为可能分别来自月球和火星表面。迄今在南极地区已发现并证实有12块陨石来自月球表面,在南极和非南极区共发现有8块可能是来自于火星的陨石,并认为来自月球与火星的陨石是小天体撞击月球或火星表面,使其表面的土壤或岩石产生熔融,并溅射至地表而成的。这类陨石是行星等被撞击过程产生的“陨石”。

陨石是目前最易获取和数量最大的地外物质,它携带着有关太阳系的化学成分、起源与演化、有机质起源和太阳系空间环境等丰富的信息。通过对CI型碳质球粒陨石等各类陨石化学成分和形成条件的研究,可以恢复太阳星云元素分布格局,揭示太阳星云的分馏过程。陨石中已发现60多种被认为是非生物合成的有机化合物(前生物物质),通过对它们的人工模拟合成和理论解释,为探索生命前期化学演化过程开拓了新的途径(见第10章)。通过对陨石母体与宇宙线相互作用产生核素的研究,可了解宇宙线的成分、能谱和通量等特征。对陨石中长寿命放射性核素组成的测定,可以提供元素起源、太阳系形成和演化、星云形成和凝聚以及行星形成和演化的时间序列的信息。

陨石的成分多种多样,有些几乎全部由金属组成,另一些几乎全部由硅酸盐组成。通常根据陨石中的金属含量先将陨石划分为三大类:石陨石、铁陨石和石-铁陨石(表12)。石陨石按其中是否具球粒结构又分为球粒陨石和无球粒陨石。目前世界上最大的石陨石是我国的吉林陨石,收集的样品总质量为2550kg,最大的吉林1号陨石质量达1770kg。世界上最大的铁陨石是非洲纳米比亚的戈巴铁陨石(质量约为60t),我国的新疆铁陨石(质量约为28t)是世界第三大铁陨石。

表12 陨石的基本分类

(转引自赵伦山等,1988)

1121 球粒陨石和无球粒陨石

球粒陨石与无球粒陨石以是否含硅酸盐类球粒来区分的。

球粒陨石的最大特征是含球粒,具球粒构造。球粒一般由橄榄石和斜方辉石组成,球粒间的基质常由镍铁、陨硫铁、斜长石、橄榄石、辉石等组成。球粒陨石是最常见的一类陨石,据化学成分可划分为5个化学群:E群(顽辉石球粒陨石)、H群(高铁群普通球粒陨石,如我国的吉林陨石)、L群(低铁群普通球粒陨石)、LL群(低铁低金属普通球粒陨石)和C群(碳质球粒陨石)。H群、L群及LL群统称为普通球粒陨石,主要由橄榄石、斜方辉石、铁镍金属和陨硫铁组成。各群陨石中铁和亲铁元素的含量以及金属铁与氧化铁之比由大到小的顺序为H群>L群>LL群。普通球粒陨石一般遭受过不同程度的冲击变质,主要形成于太阳星云硅酸盐—金属分馏与凝聚阶段。顽火辉石球粒陨石较为稀少,它是在比较还原的条件下冷凝与聚集形成的。碳质球粒陨石中的非挥发性组成代表了太阳星云的平均化学成分,其中高温与低温矿物分别以包裹体或基质的形式共存于陨石中。

无球粒陨石不含球粒,通常比球粒陨石结晶粗得多,在成分和结构方面,许多无球粒陨石与地球上的火成岩相似,它们可能是由硅酸盐熔体结晶形成的。无球粒陨石据CaO的含量划分为贫钙[w(Ca)≤3%]和富钙[w(Ca)≥5%]两类。据成因可将无球粒陨石划分为三类:钙长辉长无球粒陨石系列、顽辉石无球粒陨石系列和尚未划分出成因系列的无球粒陨石。

铁陨石和石陨石(含球粒陨石和无球粒陨石)均属分异型陨石,即经过岩浆侵入或喷出、或部分熔融产生结晶分异或岩浆残留物凝结而形成的。

碳质球粒陨石是球粒陨石中的一个特殊类型,含有碳的有机化合物分子,并且主要由含水硅酸盐组成。碳质球粒陨石按化学成分可划分为Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ三种(CⅠ、CⅡ和CⅢ)类型。碳质球粒陨石虽然十分稀少,但在探讨太阳系元素丰度方面却有特殊的意义。

一个特别重要的碳质球粒陨石于1969年陨落在墨西哥北部,它叫做“阿伦德”(Allende)陨石,属于Ⅲ型碳质球粒陨石。其基质(约60%)呈暗灰色,主要由富铁橄榄石组成,其中球粒有两种,一种富铁(约30%),另一种富Ca、lA(约5%),此外还存在着富Ca、Al的集合体。在阿伦德以及其他碳质球粒陨石(尤其CⅠ型)中,非挥发性元素的丰度几乎同太阳中观察到元素的丰度完全一致(图11)。

图11 CⅠ型碳质球粒陨石元素丰度与太阳元素丰度对比(据涂光炽,1998)

因此,目前已用碳质球粒陨石的化学成分来估计太阳系中非挥发性元素的丰度。

玻陨石(tekitites)由富SiO2的玻璃组成,类似黑曜岩,但化学成分、结构与黑曜岩相差很大。人们迄今尚未见到陨落的玻陨石,只是由于其特殊的形态和成分才认为是陨石。现在积累的许多有关资料,促使人们倾向于视它们为由于彗星或大型陨石冲击地球而引起的物质熔化的产物。

1122铁陨石与石-铁陨石

铁陨石主要由两种矿物组成,其一为铁纹石(kamacite,立方体心格子的α铁,又称自然铁),另一种为镍纹石(taenite,立方面心格子的α铁)。此外,还常含有少量石墨、陨磷铁镍石[schreibersite,(Fe,Ni)3P]、陨硫铬铁(daubreelite,FeCr2S4)、陨碳铁[cohenite,(Fe,Ni)3C]、铬铁矿和陨硫铁等矿物。所以Fe、Ni是铁陨石中的主要元素,此外还有少量(wB<2%)Co、S、P、Cu、Cr和C。根据矿物晶体结构和w(Ni)/w(Fe)比值,铁陨石还可分出六面体式陨铁(hexahedrite)、八面体式陨铁(octahedrite)和富镍中陨铁陨石(ataxite)三个亚类。

铁陨石中镍的含量及其与Ga、Ge、Ir、P等元素的含量关系是划分铁陨石化学群的基础。各种微量元素在铁陨石的金属相和硫化物相中的含量范围变化很大,亲硫元素(Co、Cu、Zn、As、Se、eT、Hg、Ti、Pb和Bi等)在陨硫铁中含量高,而亲铁元素尤其是铂族元素(Os、Ir、Pt、Ru、Rb、Pd、Au)以及W、Mo、Re等在金属相中富集。铁陨石按多参数微量元素分类可分为13个化学群。其中有两群属非岩浆型(由母体产生的冲击熔体形成),其余为由母体内的岩浆作用形成。

石-铁陨石由硅酸盐相和铁镍相组成,按两相比例划分出橄榄陨铁和中铁陨石。在橄榄陨铁的铁镍相中镍质量分数为10%~15%。中铁陨石的金属相中含镍质量分数约为7%。石-铁陨石在矿物组成、结构构造、化学成分和演化历史上都具有石陨石和铁陨石的双重特性,它还可以进一步划分出橄榄陨铁、中陨铁、古英铁镍陨石和古铜橄榄陨铁四类。

陨石中共发现140种矿物,其中39种在地球上尚未被发现。

1123 陨石中的有机质

陨石,特别是碳质球粒陨石中已发现的有机化合物有60多种,有关陨石中有机质的来源主要有两种观点:①原始大气层处于高度还原状态,主要由CH4、NH、3H2O、H2和CO组成,在紫外线照射与放电过程中形成激发态自由基,最后合成各种有机化合物;②太阳星云凝聚晚期,星云中的CO、H2在磁铁矿、含水硅酸盐的催化反应下合成。后一种方式合成的有机化合物与碳质球粒陨石中发现的有机质极为相似,且碳同位素组成也相似。陨石中的有机质与地球的污染物是不同的,如Murchison碳质球粒陨石中发现的52种氨基酸的碳原子不对称并且有外消旋特征,以非蛋白氨基酸为主,还发现有烃类、杂环化合物和脂肪酸等。现在认为,地球早期生命系统的化学演化不一定来源于行星的大气,而可能来自在太阳星云凝聚时已合成的有机质。

由于存在三类迥然不同的陨石——石陨石、石-铁陨石和铁陨石,人们很自然地会设想陨石是来自某种曾经分异成一个富金属的核和一个硅酸盐外层的行星体,这种行星破裂后就可能成为各类陨石;其中石-铁陨石来自金属核与硅酸盐幔的界面,而石陨石来自富硅酸盐的幔区。这种设想已成为依据陨石资料推测地球内部结构和化学成分的重要根据之一。

然而,现在已有许多证据表明,由“一个母体形成陨石”的假说是不可取的。因为不仅各类陨石有不同的年龄,而且在陨石群之间也存在年龄差异。再者,各群球粒陨石和各种铁陨石之间均存在着成分间隔以及氧同位素(18O/16O原子比率及71O/16O原子比率)比例的差别。这些事实都表明,不同群的陨石应分别形成于不同的行星母体。

目前对小行星的形成和早期特征还了解甚少。一些学者认为,在明显的非平衡热条件下,从热的、低密度和部分电离的气体中直接凝聚出固态物质,可能是陨石球粒形成的机制。也就是说,球粒陨石可能代表着由行星聚集形成的微星物质的碎块,而其他类型的陨石可能是由具球粒陨石成分的物质经部分或完全熔融和分异形成。