南極隕石

不同類型的隕石分別保存了從太陽星雲形成和冷凝、小行星的吸積、類地行星的星子堆積、金屬-硅酸鹽分異以至行星後期演化歷史的各種信息，是太陽系形成和演化不同階段殘留的“化石”，對認識地球的形成演化和內部結構也具有重要意義。除特殊的科學價值外，隕石樣品極為稀少。絕大部分隕石發現於南極藍色冰蓋表面和乾旱沙漠地區，前者即稱為南極隕石。

1969年之前，南極冰蓋上只零星發現了4塊隕石，分別發現於Adélie Land（澳大利亞探險隊，1912年）、Lazarev（前蘇聯探險隊，1961年）、Thiel Mountains（美國野外隊，1961年）和Neptune Mountains（美國野外隊，1964年）。1969年日本在Yamato Mountains地區發現9塊隕石，首次意識到南極冰蓋可能存在一定的隕石富集機制並可能形成富集區。因此，日本於1974年成立了隕石獵人隊專門從事南極隕石搜尋工作，並於1974年和1975年在Yamato Mountains地區分別回收到663塊和307塊隕石，證實了南極隕石富集機制及富集區的存在。隨後，美國與日本於1976～1978年組成了隕石聯合回收隊，在Mountain Baldr和Allan Hills地區共回收隕石321塊。而後，日本、美國以及歐洲聯隊分別在南極多次開展回收隕石活動。其中，日本於1979年、1998年和2000年在Yamato Mountains回收隕石均取得重大突破，分別回收隕石3697、4136和3554塊。

中國於1985年在南極喬治王島建立了長城站，正式成為南極條約協約國，開始了中國的南極科學考察活動。1989年在東南極拉斯曼丘陵建立的第2個南極考察站，即中山站，是中國南極內陸考察的重要基地。1998-1999年度的第15次南極科學考察中，中國實施了第1次格羅夫山內陸考察，並發現4塊隕石。隨後，在1999-2000、2002-2003、以及2005-2006年度實施了3次格羅夫山考察，分別發現28塊、4448塊、5354塊隕石。

從回收的情況看，南極隕石主要分佈在東南極冰蓋東側邊緣（主要是Queen MaudLand地區）和橫斷山脈兩大區域。橫斷山脈的幾個隕石富集區是:Mckay/David冰川地區（Allan Hills藍冰區、Reckling Moraine/ Elephant Moraine藍冰區）、Fron-tier Mountain地區、Beardmore Glacier/ Law Glacier地區、Thiel Mountains/ Pecora Escarpment/ Patuxent Range地區。Queen MaudLand地區有兩個隕石富集區：Sθr Rondane Mountains和Yamato Mountains。我國發現的隕石富集區位於東南極伊利莎白公主地格羅夫山地區（Grove Mountains）。

隕石之所以在南極富集，有如下幾個原因：

（1）南極極其寒冷和乾燥的特殊氣候條件，為隕石長期保存提供了甚為有利的條件。因此，南極隕石的居地年齡可達幾十萬年，甚至2.3Ma；

（2）南極的冰蓋歷史長（據估計可能達到10Ma），厚度大（平均厚度約2300m），面積遼闊（1400萬km），提供了豐富的隕石來源；

（3）存在有效的隕石富集機制。據估計，隕石在地球表面的降落概率約40-60個/10km·a，如果南極冰蓋中的隕石沒有被富集到很小的區域，人類在南極發現隕石的概率就非常低，不可能找到大量的隕石。一部分南極冰蓋直接流向海洋，其中的隕石也隨之沉入海底，而部分地區因受到潛伏地形障礙（如橫斷山脈），冰流受阻，藍冰在下降風的作用下快速消融，從而使隕石“擱淺”而富集。

（4）在南極回收隕石的另一有利條件是深色的隕石在藍冰上易於識別。

大量隕石的發現大大地促進了隕石學和天體化學的發展，並形成了南極隕石的研究熱潮，發現了一些特殊類型的火星隕石和月球隕石。對南極隕石的研究已取得了一系列的豐碩成果，尤其是火星隕石ALH84001中古老生命痕迹的發現。

隕石化學-岩石類型的劃分是研究的基礎，是開展其他研究的必需前提。該項工作的主要任務是研究隕石的岩石結構和礦物學特徵，以確定隕石的化學群和岩石類型。

球粒隕石的分類工作主要是研究其球粒結構、基質結晶程度、橄欖石和低鈣輝石的成分、Fe-Ni金屬和FeS含量、風化程度和衝擊程度等特徵，以確定其化學群和岩石類型。無球粒隕石的分類工作則主要依據岩石結構、礦物模式組成和礦物成分特徵等。鐵隕石主要根據Ni與鉑族金屬等微量元素的含量和相關性，以及結構構造特徵來劃分化學群和類型。

為了了解小行星的類型和組成，人們對隕石類型的分佈一直很關注。南極隕石由於數量大、易於回收，因此，最能反映隕石降落的情況。根據美國已分類的南極隕石數據，南極隕石的類型分佈特徵是以普通球粒隕石為主（約佔91.7%），其它類型不到10%。球粒隕石中H群、L群和LL群分別為36.3%、40.1%和15.3%。

除了一些常見的隕石外，南極隕石中還出現了一些特殊類型的隕石，如月球隕石、火星隕石、灶神星隕石（HED族）、非平衡球粒隕石等。從這些特殊類型隕石可獲得類地行星以及早期太陽星雲形成與演化的重要信息。

（1）火星隕石：最早被確定為火星隕石的是SNC族的隕石，即輝玻無球粒隕石（shergottite）、輝橄無球粒隕石（nakhlite）和純橄無球粒隕石（chassignite）。此外，斜方輝岩（orthopyroxenite）也是重要的火星隕石類型。輝玻無球粒隕石又可劃分為玄武岩質、二輝橄欖岩質與含橄欖石斑晶質三種類型。

當前有關火星隕石的科學問題主要集中在如下方面：1）是否存在生命化石；2）火星是否曾經存在水？主要是對低溫蝕變礦物和蒸發鹽的研究；3）火星的岩漿活動與演化；4）同位素年齡；5）衝擊變質作用；6）暴露年齡和居地年齡。

（2）月球隕石：月球隕石最早發現於南極，。月球隕石的類型可劃分為玄武岩質、斜長岩質和混合岩質三種，分別對應於月球月海玄武岩、高地斜長岩和月海-高地混合岩。阿波羅號和月球號飛船採集的382kg月球樣品對月球科學具有非常重要的意義，但這些樣品採集位置有限，主要是在月球正面9個著陸點附近。月球隕石中的斜長石質角礫的不相容元素和稀土元素的丰度明顯偏低，即貧K、REE及P（KREEP組分），說明它們不是來自上述月球正面的採樣區，很可能是來自月球邊緣或月球背面。從另一個角度說，月球隕石是來自月球表面的隨機樣品，因此，對進一步了解月球全球平均化學成分、月殼化學組成的橫向變化與初始月殼分異作用具有重要的意義。

除上述研究領域外，微隕石和宇宙塵、南極隕石與非南極隕石的對比研究、居地年齡、衝擊變質作用等也是南極隕石的重要研究領域。

格羅夫山位於東南極蘭伯特裂谷（Lambert Rift）右岸，坐標為S72°20′-73°10′、E73°50′-75°40′，北距中山站450km，屬於東南極冰蓋內陸的冰原島峰群。

1998-1999年夏季，我國第15次南極科考隊首次對該區進行了地質和測繪工作，並回收了4塊隕石（GRV9801-GRV9804）（註：據國際慣例，字母為地名縮寫，前兩位數字為年號，後面數字為當年回收隕石的順序號，如GRV9801為Grove Mountains，1998年回收，當年發現的第一塊隕石），實現了我國南極隕石回收零的突破。

1999～2000年，第16次考察隊集中了一定的人力物力，用7個工作日對陣風懸崖一帶進行了步行拉網式搜尋，共回收隕石28塊（GRV99001-GRV99028），發現火星隕石和灶神星隕石各一塊。根據對已回收的32塊隕石的研究和分析，可以認為格羅夫山是新的南極隕石富集區。

2002～2003年，第19次隊對格羅夫山進行了第三次以隕石回收為中心任務的綜合考察。這次考察仍以步行拉網方式為主，輔助以雪地摩托，搜尋了陣風懸崖南、中、北段下方的藍冰區。在野外回收隕石工作中，因對風化嚴重且無熔殼的隕石有了認識，並在冰磧中發現隕石，從而使回收工作取得重大突破:（1）共回收隕石總數4448塊，其中北段1722塊，中段2683塊，南段41塊，哈丁山2塊，使我國成為擁有南極隕石最多的國家之一；也證明了格羅夫山地區為南極最富集隕石地區之一。（2）這次隕石搜索工作表明陣風懸崖下方藍冰區均為隕石富集區域，從南段最南端到北段最北端均找到了隕石，但富集程度受冰流、風向的影響而顯示相當大的差異；此外，在遠離陣風懸崖的藍冰區（如哈丁山附近）也發現隕石;（3）據統計，這次回收的隕石中有冰磧型3840塊（佔86%），藍冰型608塊（佔14%）。由此表明格羅夫山隕石的保存類型。

右圖即為2003年1月1日第19次中國南極科考隊員徐霞興在南極格羅夫山地區的藍冰上發現了一塊隕石樣品，樣品重12.1g，黑色熔殼，屬於普通球粒隕石。

在格羅夫山發現隕石之前，我國學者已通過向國際上申請樣品、交換樣品，以及參與國際合作等方式積極開展南極隕石的研究工作。經過十多年的努力，在不同的研究領域取得了豐碩成果，包括新的和特殊隕石類型、富鈣鋁包體（CAI）與早期太陽系的演化、隕石中高壓衝擊相礦物、居地年齡和熱釋光研究等。這些工作為我國開展南極隕石回收和研究奠定了良好的基礎。

1998～2000年間兩次從格羅夫山回收的32塊隕石，由中國科學院地質與地球物理研究所、廣州地球化學研究所、國家天文台、南京大學與北京大學等單位進行了分類研究，包括火星隕石和灶神星隕石各1塊，鐵隕石1塊，非平衡型普通球粒隕石6塊，平衡型普通球粒隕石23塊與未分類的石隕石1塊。詳細的岩石結構特徵和礦物化學組成對比研究表明，GRV99020～GRV99026（L3）、GRV99006～GRV99011（H4）、GRV99009～GRV99010（H6）、GRV99007～GRV99023（L6）和GRV99014～GRV99017（L6）等5對隕石可能為成對隕石。對6塊非平衡型和7塊4型普通球粒隕石進行了富Ca、Al的包體（CAI）和球粒（CA）的研究，共發現40顆CAI和CA，發現新的CAI類型——輝石-透輝石型。另外，上述科研單位已對2002～2003年回收的4448塊隕石中具有代表性的51塊樣品進行分類研究。已完成研究的38隕石中發現火星隕石1塊，橄輝無球粒隕石2塊，碳質球粒隕石4塊，非平衡頑輝石球粒隕石1塊。

格羅夫山隕石研究的另一個重大成果是兩塊火星隕石的發現。GRV99027火星隕石由第16次考察隊發現於陣風懸崖南段，重9.97g，具有不完整的黑色熔殼，樣品新鮮，是少見的二輝橄欖岩質火星隕石。GRV020090火星隕石發現於陣風懸崖北段，重7.54g，具有完整的黑色熔殼，類型同上。由於岩石結構的明顯差異，它們顯然不是成對隕石。在取回火星樣品之前，火星隕石是研究火星形成和演化以及火星生命等重大科學問題的不可替代可直接在實驗室分析的樣品。鑒於這兩塊火星隕石對我國天體化學和行星科學具有重大的科學意義，在國家自然科學基金重點項目的支持下，正在開展的多學科綜合研究。