玻隕石

由於玻璃隕石在很多特徵上與火山玻璃相似，故早期曾被稱為黑曜岩。1900年F.E.Suess據其熔融的特徵，由希臘語“τηχτοξ”（意謂“熔融”）將之轉譯命名為英語“Tektite”，並一直沿用至今。本世紀初，由於這種天然玻璃被認為是地外成因的，也曾被稱為“Glasys Mete-orite”，“玻璃隕石”這一中文譯名即源於此。

人類對玻璃隕石的認識可追溯到幾萬年以前。從墓葬的發掘與考古中發現，遠古時期，人類用玻璃隕石這種天然玻璃作為武器、工具、飾物甚至護身符。近代，在歐洲，珠寶商人曾將之作為寶石而廣泛收集。早在10世紀中葉，中國唐朝的劉詢在其所著的《嶺表錄異》中就對“雷公墨”（玻璃隕石的古稱）作過描述，這是公認的歷史上有關玻璃隕石的最早的文字記載圈。近代的科學文獻中，第一篇論述玻璃隕石的文章是由Mayer於1787年完成的。1844年，進化論的創始人Darwin在他的環球旅行中，對紐扣狀澳大利亞玻璃隕石進行了考察和科學的描述，並認為它是一種火山玻璃。從18世紀到19世紀末，只有大約40篇論述莫爾達維石（分佈在東歐波西米亞和摩拉維亞一帶的玻璃隕石）的文章相繼發表。本世紀初，對玻璃隕石的研究從一般的描述更多的到了化學組成方面。玻璃隕石真正的科學研究始自本世紀40年代，Barnes對玻璃隕石進行了系統的收集和分類。之後，對玻璃隕石作了散落群的劃分、化學成分的分析和成因的討論。60年代，由干登月計劃的需要，對玻璃隕石和微玻璃隕石進行了最全面、最深入、最詳細和最系統的研究，並一直持續到70年代，這期間發表了大量有關玻璃隕石的論文，“Geochimie and Cosmochimie Acta”還分別於1964年和1969年為玻璃隕石研究出版了兩期專刊，一系列專著也問世了，對玻璃隕石的認識已達到了相當高的地步。80年代以來，玻璃隕石研究進入綜合性研究階段，主要探討玻璃隕石的分佈範圍和形成方式，玻璃隕石事件與其他地質事件的內在關係，尤其是對地球古氣候的影響，並試圖得出一個統一的成因模式。

對玻璃隕石成因的爭論一直貫穿於玻璃隕石的整個研究歷史中。古代關於玻璃隕石成因的認識，有的充滿了神奇的想像和神秘的宗教色彩，有的反映了素樸的自然觀，如玻璃隕石的希臘原文的原意為“熔融”，中國瓊州半島地區的居民稱之為“雷公墨”，這些名稱都在一定程度上客觀地反映了對玻璃隕石成因的認識。在歐洲，直到19世紀和20世紀初，科學家們的注意力只限於莫爾達維石，而其產地正是歐洲玻璃製造業最發達的地區，因此這一時期他們爭論的焦點是，這些玻璃是人工的還是天然的。

當人們認識到玻璃隕石不是人工玻璃后，作為天然產物，地球火山成因說顯然是其第一選擇。但研究發現，玻璃隕石與火山玻璃（如黑曜岩）在化學成分和結構特徵上有很大的差別，因此玻璃隕石的地球火山成因說逐漸退出歷史舞台。與此同時，對玻璃隕石成因還提出過其它一些觀點，比如：認為是石隕石消融產物（Hardcastle，1926）；閃電時地表土壤熔融而形成的閃電熔岩；是由隕石與地球衛星碰撞而形成的硅質凝膠在腐殖酸的作用下乾燥而成的；是彗尾在空氣中氧化形成的（Goldschmidt，1924）；甚至認為是反物質的隕落。這些觀點都因缺乏基本的科學證據，且與玻璃隕石的基本特徵不符而被擯棄。

40年代以來，玻璃隕石的全面收集和全球調查，使研究工作進入了一個真正科學的年代。特別是60年代，由於登月計劃的實施，這一研究進入了高潮，對其成因的認識也提高到一個新的高度。其間對成因的爭論，集中在兩個對立的學說：即地球成因說——玻璃隕石是地外物體撞擊地球時，地表岩石熔融、濺射，經迅速冷卻而成的，如隕石衝擊地球說和彗星衝擊地球說；月球成因說——玻璃隕石是月球火山噴發或受天體撞擊時，產生的熔融物進入地月空間后，被地球重力場俘獲而落到地表，如月球火山噴出說和隕石衝擊月球說。

近半個世紀以來，對玻璃隕石進行了廣泛而詳細研究，包括地理分佈、化學成分、同位素、宇宙射線暴露歷史、包裹體等所有的特徵和證據，都不支持月球成因說。因此，現今被廣泛接受的學說是撞擊地球成因說，即玻璃隕石是地外物體撞擊地球時地表物質熔融的產物。支持這一學說的關鍵證據有:

（1）地理分佈：玻璃隕石在地表的分佈不是廣泛而隨機的，而限定在特定的地理範圍，這是月球成因說難以解釋的。

（2）化學成分：玻璃隕石的主要元素含量與月球樣品截然不同，而與地球岩石，尤其是砂岩類岩石相似；某些特徵微量元素和元素比值也有別於月球物質，而落在地球物質的範圍內；玻璃隕石的稀土元素含量和配分模式與地球物質相似，而明顯不同於月球樣品。這些證據說明玻璃隕石的母源物質是地球岩石而不是月球物質。

（3）同位素組成：玻璃隕石的δD、δO、Pb/Pb、Rb-Sr、Sm-Nd同位素特徵與地球岩石，甚至某些撞擊坑岩石一致，而與月球物質存在極大差異，說明其母源物質是地球岩石。

（4）宇宙射線暴露歷史：玻璃隕石的宇宙成因核素（Al、Be、Mn）含量極低，證明它們沒有經歷過地外空間的宇宙射線照射，它們應是地球撞擊熔融的產物。

（5）包裹體成分：玻璃隕石中氣體包裹體成分的測定表明氣泡主要由O2、N2和CO2組成，且具有大氣成分的比值，說明它們是在地球大氣環境中形成的。

雖然地球成因說取得了最終勝利，但是關於玻璃隕石成因的問題並沒有完全解決。這些懸而未決的問題包括:

（1）撞擊體類型：彗星抑或小流星體?

（2）地質時代越老，撞擊事件發生的頻率越高。為什麼現今發現的玻璃隕石最老的年齡只有約34～36Ma。如果玻璃隕石是撞擊事件的產物，為什麼古老的撞擊事件沒有留下玻璃隕石？是不是玻璃隕石的形成受撞擊方式和規模，尤其是靶岩性質的影響?

（3）玻璃隕石的源坑和源區特徵：通過玻璃隕石與撞擊熔岩、稀土元素、形成年齡及某些同位素的對比研究，發現Moldavites與Ries坑，象牙海岸玻璃隕石與Bosutwi坑存在成因上的聯繫，但除此之外沒有更進一步的證據。因此，玻璃隕石的源坑和源區特徵一直未有定論。

（4）撞擊坑與玻璃隕石的關係：地球表面分佈著約160多個撞擊坑，直徑從幾米到上百公里，成坑年齡從1Ma～2Ga，撞擊靶岩包括地表的各種土壤岩石類型，但除Zhamanshin和通古斯彗星撞擊外，其餘撞擊坑都沒有發現與之有關的、與玻璃隕石成分相似的、分佈較廣的玻璃物質。這一現象說明玻璃隕石形成方式較特殊，可能受撞擊方式和靶岩類型（成分）的制約。

（5）產生玻璃隕石的撞擊坑和其母源物質成分，是長期以來最令人困感的問題，也是解決玻璃隕石成因的最關鍵因素。但（微）玻璃隕石分佈最廣、研究程度最深的北美群和澳亞群的源坑卻一直毫無線索。

針對這些問題，近年來不少學者，相繼提出了玻璃隕石成因的彗星撞擊模式。Barnes認為，澳亞群玻璃隕石是由一顆彗星從東南方撞擊而形成的，當彗星撞擊地球時首先是彗發壓迫地球大氣和地表物質，並可能在大氣圈形成一個暫時性的空洞。彗核和彗發撞擊地球，產生熔體濺射，沉降於地表，在空氣中飛行過程中，玻璃隕石的飛行前部發生了重熔。Wasson根據Muong-Nong型玻璃隕石的地球化學特徵，認為澳亞群玻璃隕石的源坑是位於東南亞半島上的多個撞擊坑，而這種撞擊坑最可能的形成方式是彗星撞擊。

迄今為止，只發現了4個玻璃隕石群，因為它們分佈在不同的區域，所以稱為玻璃隕石散落區（Tektite Strewnfield）。它們分別是：北美散落區（包括得克薩斯州的Bediasites和喬治亞州的Geogria tektites）、莫爾達維石散落區（包括波西米亞和摩拉維亞兩個主要產地）、象牙海岸散落區和澳大利亞一東南亞散落區，它們較公認的形成年齡分別為34±1，14±1，1、3±0.2和0.7Ma。每個玻璃隕石群代表了不同的地外物體撞擊事件。

除以上的4個玻璃隕石群外，人們還在其他一些孤立的地理範圍，極其局限的地點發現了與玻璃隕石成分相似的玻璃物質，它們在成因上被認為可能與撞擊事件有關，但在歸屬上仍有很大的爭論。這些玻璃物質包括：

（1）Zhamnashin撞擊坑周圍的玻璃物質（Irghizites）和撞擊熔岩（Zhamanshinites），及附近河流沉積物中年齡相當的微玻璃球粒（Mieroirghizites）;

（2）古巴“玻璃隕石”。其成分和年齡與Bediasites相當;

（3）賴比瑞亞沙漠玻璃。淡黃綠色，塊狀，其成分較單一，SiO2含量達98%;

（4）西南非洲“玻璃隕石”;

（5）Louisiana“玻璃隕石”，其化學成分和年齡與東南亞玻璃隕石，而不是與鄰近的北美玻璃隕石相似。

一般呈塊狀、不規則狀、啞鈴狀、液滴狀和紐扣狀，比重為2.32-2.5g/mm3，折射率為1.48-1.52，且折射率值與SiO2含量呈負相關關係；顏色以棕黑色和深綠色為主，大多數玻璃隕石發育流動構造，有異離體，焦石英和氣孔，凹坑及各種刻蝕痕迹。除Muong Nong型層狀玻璃隕石外，大多數玻璃隕石所含包體礦物極少，Muong Nong型玻璃隕石所含的微粒礦物包體中，有些被證明是撞擊母體的殘留物。

在4個玻璃隕石群中，以澳-亞玻璃隕石獲得的分析數據最多，研究程度最為詳盡，並提供了最多的化學演化和成因信息。澳亞玻璃隕石的化學成分變化是有規律的，除普通型（Normal）外，據化學成分還可劃分出幾個特殊的化學類型:

（1）普通型（Normal）:為主要化學類型;

（2）高Ca型:CaO含量可達10%，主要分佈在澳大利亞Tasmania西北到Henbury及菲律賓Luzon;

（3）高Na型:MgO含量可高達8%，且與SiO2含量呈負相關關係，主要分佈在澳大利亞中部，印度尼西亞和菲律賓;

（4）高Na/K型：其化學成分以顯著高的Na/K比值區別於其他玻璃隕石，因為一般玻璃隕石中，Na/K<1，而該群Na/K>1;

（5）高Al型:Al2O3含量>15%，主要分佈在澳大利亞、菲律賓和象牙海岸。

北美玻璃隕石分為分佈在得克薩斯州的貝迪亞斯石（Bediasiets）和喬治亞州的喬治亞石（Georgia tektites），其中喬治亞玻璃隕石含SiO2較高，而Al2O3和FeO則明顯低於貝迪亞斯石。莫爾達維石（Moldavites）的化學成分表明，它至少由兩種組分混合而成：泥質岩石（如頁岩）和鈣質岩石。象牙海岸群玻璃隕石的化學成分數據相對較少，其中，最明顯的化學成分差別是，象牙海岸玻璃隕石的Na2O/K2O值接近1，而其他群的Na2O/K2O值<1。

中國有關於玻璃隕石的最古老的文字記載，但中國學者對玻璃隕石的科學研究起步較晚。1963年，李達明首次對海南島和雷州半島的玻璃隕石進行了實地考察和樣品收集，但系統、全面的科學研究則始自70年代後期。

1976年，歐陽自遠對海南島玻璃隕石進行了微量元素分析，得出了中國第一批有價值的分析數據，並把海南島玻璃隕石劃歸澳大利亞-東南亞撒布區，解決了海南島（雷州半島）玻璃隕石的歸屬等基本問題。

中國對玻璃隕石最為系統、全面的研究和論述見於歐陽自遠所著《天體化學》，它以詳實的資料和數據，綜合論述了玻璃隕石的分佈、岩石學特徵、化學成分、同位素組成、形成年齡及成因論據。袁寶印和許漢卿對海南島和瓊州地區的玻璃隕石進行過化學成分測定和成因的討論。李斌對世界各地的玻璃隕石進行了年代學、化學組成和成因的研究，分析樣品涵蓋了已發現的所有玻璃隕石群，尤其是對9個中國玻璃隕石的探針分析、中子活化和裂變徑跡測年工作，取得了中國玻璃隕石系統的分析數據，是迄今對中國玻璃隕石最全面的研究。

玻璃隕石的研究，帶動了中子活化，尤其是裂變徑跡測年方法等分析技術在中國的開展、應用和發展。1976年，中國科學院原子能研究所和地球化學研究所用裂變徑跡法對玻璃隕石的形成年齡進行了測定。其後，嚴正和劉順生獲得了海南島和瓊州地區玻璃隕石裂變徑跡年齡的系統數據，其年齡值的精度遠遠高於國外同行的分析數據，並與其他測年方法（K-Ar法）的數據吻合。

此外，中國學者對玻璃隕石的形成條件和鑒定特徵做了一些富有特色的研究工作，並提出了一些富有創建性的成因觀點。1989年，林文祝和歐陽自遠根據熔體在核爆炸產生的非平衡條件下的化學成分特性，提出玻璃隕石是由靶岩各組成岩石混合熔融而成，證實了核爆炸玻璃與玻璃隕石在形成方式上的一致性，並認為澳亞玻璃隕石群存在著4個不同的源岩和源坑。林文祝等人利用紅外光譜法，對火山玻璃、核爆炸玻璃和玻璃隕石的水含量進行了對比研究，提出了玻璃隕石的特徵譜線和鑒定特徵。林文祝利用熱釋光技術對火山玻璃、核爆炸玻璃和玻璃隕石進行了對比研究，指出衝擊玻璃與火山玻璃熱歷史的截然區別。林文祝等人和李春來根據（微）玻璃隕石的年齡、分佈、成分、同位素組成和空氣動力學特徵等，探討了玻璃隕石的成因和源區特徵，提出彗星撞擊是玻璃隕石形成的最有可能的方式。