陨石，地球之源

2022 年 4 月 22 日，英仙座流星雨，某位作者突然想起了自己追流星雨的朋友圈。显然，如果这位博士后以上小学二年级以下知识水平的宿管再追问下去，我就要回答关于流星的更多的问题，比如说，流星落到地下是什么？流星与地球的关系等等，不过，流星到地球上的话，那就叫陨石了呀！

陨石，顾名思义，陨落的石头，是因为一系列因素被地球引力捕获而落到地球上的，在这个过程中如果由于大气摩擦燃烧而解体甚至变成尘埃的就是流星了。真正落到地球上而没有变成尘埃非常少了，在这些陨石当中，能够被保留并被发现的更是少之又少。目前看来，最适合保留陨石的地方就是沙漠和南北极了，被称作陨石富集区。为什么是沙漠和南北极？首先这个人类聚居区当然不太可能，因为干扰因素多，其次其他无人区如果本身岩石等比较多，干扰也很大，包括风化的可能性也很大。这样一对比，沙漠就是天然的干燥箱，而南北极就是天然冰箱了。不过南北极还是要麻烦些，因此现在被称作"陨石猎人"的这群人一般去沙漠里寻找陨石。冒险氛围是不是一下就起来了！Σ(⊙▽⊙"a

我们再来看看陨石的分类，这对于我们理解陨石的情况比较重要。我们主要谈论陨石的分异情况，这样的话，陨石主要分为两大类：球粒陨石和非球粒陨石。

可能大家会比较疑惑，这里谈论到的分异是个什么变化呢？这就要涉及到我们的行星情况了，也就是说固体行星是怎么诞生的，譬如我们的地球。行星的形成涉及到一个经典学说 --"星云说"（最早由康德提出）。这个学说的主要内容有五个部分：原始星云、星云盘、尘埃层、星子、行星。从一开始的原始星云，进一步收缩聚集成星云盘，之后形成尘埃层，由尘埃层再一步聚集为星子（原始的岩石聚集体等，也可以说是陨石的前身），最后星子不断地碰撞聚集，在引力的作用下形成原始行星，最终不断演化成为现在的行星。

从上述的行星形成过程中大家可以看到，星子的存在（陨石的前身或者本体）。现在我们可以结合星子来讨论分异了！分异指的是，在一定的温压条件下，物质组成结构进一步发生变化重组，形成了不同的组成结构等。对于球粒陨石而言，这是没有进行过分异的陨石，也就是说基本上可以代表形成太阳系的原始物质，也就是星子。球粒陨石按照组成成分又可以细分，具体的这里就不再细分了，大家可以看前面的分类表，其中着重要提到的是 C 类球粒陨石（碳质球粒陨石），这是一种比较特殊的含碳元素的陨石，因为其成分与早起太阳系形成的物质有关，保存了太阳系早期的部分信息，具有比价高的科研价值！这类陨石数量也比较少，后面会就具体例子再来讨论。

那么非球粒陨石，是经过分异的陨石，主要是一些铁陨石、石铁陨石或者原始的非球粒石陨石。一开头就提到的橄榄陨石就是其中的石铁陨石，也就是说这些陨石都经历过组成结构等的重组。不过橄榄陨石由于其本身数量的稀少，加上其颜值不错，所以橄榄陨石的收藏价值很高，每克能买到几万不等。跑题了跑题了！￣□￣｜｜

非球粒陨石今天不在我们主要探讨范围，接下来我们讨论一个关于陨石研究例子：关于早期地球在熔融和气化过程中，"放跑"了一些原始的成分！

2017 年 9 月 28 日 Nature 封面的两篇文章就是讲的上述这么一个故事。简述一下热分异的过程，首先原始地球是个近乎均质的球体，在热分异的过程中，轻元素浮上来，重元素沉下去，最后逐渐分层，然后形成了核、幔、壳，也就是现在地球这副样子。这个过程是不是严格遵循轻上浮、重下沉规则呢？研究人员就发现问题了。通过研究 CI 类碳质球粒陨石（我们上文中提到的，太阳系形成初期的物质），研究人员发现对于中等易挥发的微量成分（如铅、锌、铟、铝等）含量地球硅酸盐质外层明显低于 CI 类碳质球粒陨石。这可以用热分异成核的过程来解释部分：亲铁的元素和铁镍一起进了内核嘛。我听过一句话，就是现在地壳地幔不太清楚的地方，都可以把锅甩给地核！这当然是自嘲了，但是这表明了地核还是非常值得探索的，因为大家都不明了。

接着说，我们可以用热成核理论解释部分现象，但是还有部分现象解释不了了，就比如说研究人员进一步对比了地球硅酸盐质外层和 CV 类碳质球粒陨石中多种中等易挥发微量成分的含量，发现，比如说铟比锌更亲铁和亲铜，且凝聚温度更低，但两者的含量却差不多；铟比铊更亲铁亲铜，凝聚温度也差不多，但含量却比后者高得多。这是为什么？

另一篇文章的作者换了个思路，把注意力放在了硅酸盐层的主要成分之一：镁的两种同位素 25Mg / 24Mg。对比地球、火星、经历了热分异的陨石，和原始球粒陨石中 ²⁵Mg/²⁴Mg 的比例，发现前三者的 ²⁵Mg/²⁴Mg 的比例要显著高于原始球粒陨石。假如要用热分异成核理论解释，毕竟镁元素不亲铁，而且如果重元素下沉的话，那么 ²⁵Mg/²⁴Mg 要更低才对。这个时候文章作者们通过改进这个挥发损失模型（模拟计算），发现如果早期地球经历部分熔融气化之后，损失了部分轻元素，那么这个时候的 ²⁵Mg/²⁴Mg 比例就会契合现在地球这个比例。

两篇文章的结果指向了同一个方向，那就是早期地球经历了部分熔融气化的阶段，而且这是行星吸积过程中熔融挥发的自然结果。

所以啥时候我也能捡到一块陨石？指不定也发一篇 Nature 看看，哈哈哈，我在做梦！

参考资料：

• [1] Norris CA, Wood BJ. Earth's volatile contents established by melting and vaporization. Nature. 2017;549(7673):507-510.

• [2] Hin RC, Coath CD, Carter PJ, et al. Magnesium isotope evidence that accretional vapour loss shapes planetary compositions. Nature. 2017;549(7673):511-515.

本文来自微信公众号：石头科普工作室 （ID：Dr__Stone），作者：行雨 美编：怪伽 cc