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吉林陨石

[拼音]:jilin yunshi

[外文]:Jilin meteorite

1976年3月8日15时许,在我国吉林省吉林地区陨落了一场世界罕见的石陨石雨。吉林陨石雨陨落过程中,可观察到火球,并伴随爆裂的巨响。陨石雨分布面积近500平方公里,共收集到陨石样品100多块,2700千克。其中较大的吉林1号陨石重1770千克,落地时陷进6.5米深的土层(见图),是世界上较大的石陨石。

在吉林陨石中,共发现约40种矿物,其中26种为透明矿物,如橄榄石、斜方辉石、白磷钙矿、长石、锆石、透闪石、黑云母、蛇纹石、方解石、方英石、石英等,14种为不透明矿物,如铁纹石、陨硫铁、铬铁矿、钛铁矿等。经化学分析与岩矿鉴定,吉林陨石属于H5型高铁群普通球粒陨石。

经现场考察和多学科的综合分析研究,提出了吉林陨石形成与演化的综合模式。

凝聚过程

吉林陨石的87Sr/86Sr的初始比值为0.7011,铷-锶模式年龄为(4.70±0.32)×109年,表明吉林陨石物质从太阳星云中凝聚出来是在距今约 47亿年前。由铀-铅和铅-铅法测得吉林陨石固化年龄为45~46亿年,这与月球、地球物质固化年龄相近。

当形成吉林陨石母体的星云物质冷却到约 2000K时,高温难熔元素逐渐凝聚,相继形成锆石、碳硅石、石墨、钛铁矿、尖晶石、铬铁矿等;冷却到1600~1200K时,大量的铁、镍金属凝聚成铁纹石和镍纹石,钙、镁硅酸盐凝聚成辉石和橄榄石;冷却到1100~1000K时,碱金属硅酸盐凝聚,形成斜长石、钾长石、白磷钙石等;冷却到1000~570K时,硫化物凝聚成陨硫铁,形成磷铁矿等;冷却到570~540K时,星云物质在凝聚中已形成的液滴,通过旋转、冷却、结晶,甚至相互碰撞形成球粒,小的球粒或尘粒,逐渐吸积和聚集成较大的小团块。当星云温度冷却到400K以下,大部分含水硅酸盐如透闪石、黑云母、蛇纹石等,以及星云中聚合形成的有机质参与组成了吉林陨石的基质。残留的CO2、CO、H2O和H等气体,在各种催化物作用下,合成碳氢化合物。在吉林陨石中发现11种氨基酸、嘌啉、色素、正烷烃、芳香烃和类异戊二烯烷烃等20多种有机化合物。

母体的热变质过程

太阳星云中各矿物相的凝聚,尘粒的吸积与聚集,逐渐形成了吉林陨石母体。母体内的中、长半衰期放射性同位素衰变产生的能量,促使母体内部加热,不仅使母体内的稀有气体产生扩散丢失,而且使母体内的化学成分和矿物成分得以调整和均一化。

吉林陨石中的放射成因核素40Ar和4He的含量大体呈线性相关,即有同步丢失效应。吉林陨石各样品的表观U,Th-He年龄为4~22亿年,K-Ar年龄为22~42亿年,变化范围较宽,表明吉林陨石具有极其复杂的热历史。

吉林陨石化学成分比较稳定,属于高铁群(H5)球粒陨石。

吉林陨石中球粒的稀土元素含量与球粒陨石的平均含量相比较,轻稀土元素较贫乏,并呈现出随原子量减小而贫化愈明显的特征。吉林陨石中球粒的稀土配分模式表现出Eu相对富集,表明吉林陨石中稀土元素发生了明显的迁移。

全岩的裂变径迹研究表明,球粒边界外的裂变径迹密度大于球粒内部的密度,说明球粒中铀的含量低于球间基质,也说明球粒在热变质重结晶过程中,由于自纯化作用,把铀原子作为杂质排斥到周围的基质中。

根据上述特征,确证吉林陨石经历过热变质过程。

母体的冷却过程

对吉林陨石样品进行分段加热,当加热到1070K时,扇形的辉石球粒晶体继续增长,表明吉林陨石热变质温度约小于 1100K。母体受热后随着热能的扩散而冷却。

母体破裂及宇宙线照射历史

吉林陨石中保存有许多受到碰撞破碎的证据,如橄榄石、辉石和隐晶质球粒的碎片,矿物中呈现裂纹,辉石、白磷钙石呈现出波状消光的特征,钛铁矿有明显的聚片双晶,并有轻微的折曲,球粒和基质碎片形成角砾,铁纹石中出现清晰的由碰撞产生的留曼线。这些事实反映吉林陨石曾受到轻度的碰撞变质影响,冲击压一般小于109帕。

对吉林陨石中的宇宙成因核素 (22Na、26Al、36Cl、40K、46Sc、51Cr、53Mn、54Mn、56Co、57Co、58Co、60Co)进行测定,并对宇宙线散裂成因稀有气体(3H、20Ne、21Ne、22Ne、38Ar等)进行分析研究的结果表明,吉林陨石具有极其复杂的碰撞分裂史和宇宙线照射史。

吉林陨石初始母体在距今8×106年前,曾受到一次冲击而破裂,其中有一个半径约为10米的分裂碎块,包含有现今的吉林陨石,称为“第一阶段的吉林陨星”。根据21Ne含量,可恢复各样品在“第一阶段吉林陨星”中的相对位置,即埋藏在母体中距表面 20~200厘米的部位,因而各样品只能接受2π几何条件的宇宙线照射。

“第一阶段吉林陨星”在距今 (3×105~5×105)年前,又遭受到一次碰撞而瓦解,分裂出“第二阶段的吉林陨星”。根据宇宙成因核素60Co等的深度效应,可恢复各样品在“第二阶段吉林陨星”中的精确位置和计算出各样品的埋藏深度。“第二阶段吉林陨星”是一个半径为85~90厘米的类球体,重约10吨,各样品均受到4π几何条件的宇宙线照射。测得离表面最近的样品约11厘米,表明“第二阶段吉林陨星”通过大气层降落时,表面烧失量约为3吨,烧失率约30%。

降落过程

“第二阶段吉林陨星”在太阳系空间的运行轨道半长径 ɑ=1.82天文单位,偏心率e=0.48,倾角i=6.3°,近日点角距ω=32.9°,升交点黄经Ω=167.5°,近日距q=0.94天文单位,远日距Q=2.71天文单位,其运行轨道与阿波罗小行星较相似。

根据陨落过程的力学分析和大气层内轨道研究,吉林陨星以约15公里/秒的相对速度追上地球。进入大气层的入射角为16°。陨星在通过大气层时受到较大的动压达100大气压/厘米2,表面温度达2000~3000K,周围空气被加热到近20000K。在距地面30公里以上高空为直线弹道,在17~23公里高处曾发生过多次小爆裂,使陨星边缘部位不断剥落。陨星通过大气层时,表面物质气化,熔融,形成一层厚0.7~1毫米的熔壳。在19公里高空陨星遭受到一次主爆裂使陨星分裂成许多碎块,散落形成极为壮观的吉林陨石雨。(见图)

参考书目

欧阳自远:吉林陨石的形成和演化过程,《空间科学学报》,第2卷,第3期,1982。

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