[科普中国]-火星陨石

简介

自从“好奇号”登上火星之后，人类对火星的探索进入了一个新的里程，而在火星陨石中发现构成生命的有机碳，似乎更加印证了火星是存在生命的。但这些陨石，也可能是火星化学反应所致，所以还需要进一步确认。

包含大量碳链和氢链的分子是地球生命的构成元素，也是火星任务的主要目标之一，这对于理解生命是否存在于火星至关重要。

碳链和氢链的分子是地球生命的构成元素，这些分子曾发现于来自火星的陨石中，但是科学家对这些火星陨石的来源持不同观点。卡内基学会的安德鲁-斯蒂尔负责这项最新研究，明确证据表明这些碳分子起源于火星，虽然并未发现这些碳分子具有生物特征。

该发现可以帮助研究人员进一步洞悉火星上出现的化学反应，并有助于解释远古或者现代火星生命存在的证据。这项研究报告发表在2013年5月24日出版的《科学快报》上。

科学家们鲜有共识大型碳分子起源于现已探测到的火星陨石，碳分子起源的理论包括来自地球或者其它陨石的污染物，它们可能是火星化学反应的结果，或者是远古火星生物体残骸。斯蒂尔带领的研究小组检测了11号火星陨石样本，该陨石跨越火星42亿年历史。他们发现大型碳分子存在于晶体矿物质微粒中。

使用一系列复杂的研究技术，研究小组显示至少一些较大碳分子存在于陨石之中，并不是来自地球的污染物质。之后研究小组观测研究陨石中与其它矿物质有关的碳分子，从而洞悉这些碳分子样本在抵达地球之前曾经历过何种化学反应。包含碳化合物的晶粒提供了碳分子如何形成的一个研究窗口，他们发现这些碳分子是在火星火山活动中形成的，并显示火星在其历史中多数时期存在着有机化学反应。斯蒂尔说：“这些发现显示贯穿火星历史时期碳分子存储量持续减少，这类似于地球远古时期。理解火星非生物、含碳大分子结构对于未来探测火星上是否存在生命至关重要。”1

来源火星受到小行星的巨大撞击后，岩石碎块逃逸火星引力，其中一部分进入了地球的引力范围，最后陨落到地面成为火星陨石。迄今为止发现的火星陨石共15个，其中5个为降落型，6个发现于南极，4个发现于荒漠。火星陨石都是非球粒陨石，岩石类型包括：辉玻岩辉橄岩纯橄岩斜方辉岩，超镁铁火成玄五岩，它们都是火星地质年代，约十几亿年前的火山活动与小行星的撞击，产生的关联，从火星地质算是亚马逊记近代陨相活动。与1865年陨落到印度的休格地火星陨石是同一火星地质记年代，多为火成撞击玄武岩橄榄石斑晶相态。

火星陨石“艾伦—希尔斯84001”在美国宇航局科学家利用高分辨率电子显微镜对做出的最新分析显示，这块陨石晶体结构中的大约25%确实是由细菌形成的。这一最新结论提供了迄今为止火星曾存在生命的最有力证据。“来自火星的生命痕迹”又一次引起了全世界的关注。

热分解假说不能解释“艾伦—希尔斯84001”陨石中大部分磁铁矿晶体的成因，加热陨石成分的方法不能生成微磁铁晶体。科学家们解释说，纯菱铁矿加热后可以转化为纯磁铁矿，而“艾伦—希尔斯84001”陨石成分中含有碳酸盐嵌入式纯磁铁矿，却没有纯菱铁矿的存在，而且从来没有。2

价值香港正大国际艺术表示，陨石的价值由多个因素影响，包括陨石大小、罕见程度、来源地和构成。古特海因茨说，那些找到陨石的人应该找一位专家评估陨石。他们如果要出售陨石，必须得到一份证明陨石真实性的证书。古特海因茨说，大多数情况下，“亿贝”网站是个出售陨石的好地方。不过，如果你有一块大陨石，应该去一家拍卖行。拍卖行需要知道陨石来源地，会要求对陨石独立分析。帕尔马告诉俄新社记者：“最普通的一种为陨铁石，一小块陨铁石可能卖到20美元。”他说，可以通过陨石构成推断它的来源地。因此，如果一块陨石的构成物质经过推断来自火星，这块陨石的价值会飞涨，最高可以卖到每克670美元。俄新社报道，一块名为达尔·加尼1058的月球岩石在美国一场拍卖会上以33万美元价格售出。达尔·加尼1058重1.9公斤，于1998年在利比亚被人发现，是有记录以来陨石交易的“标王”。一块据信来自火星和木星之间小行星带的陨石2006年在竞拍网站“亿贝”(eBay)上以9.3万美元价格售出。这块陨石重161公斤，在阿根廷发现。由于陨石的价格有利可图，全球陨石交易的黑市“生意兴隆”。古特海因茨1998年作为国家航空航天局专家参与一个代号为“月蚀”的行动，旨在抓捕出售假月岩的人。他在行动中发现一个人有真月岩并开价500万美元。经调查，“阿波罗17号”在月球采集到这块月岩，由美国前总统理查德·尼克松赠与洪都拉斯政府。这块月岩最终回到洪都拉斯政府手中。

研究自1962年以来，苏联、美国、日本、俄罗斯（和前苏联）和欧洲共发起30多次火星探测计划。美国航天航空管理局（NASA）计划于2008年发射火星取样飞船，预期2016年返回。因此，火星陨石是目前人类获得的唯一火星岩石样品，十分稀少而珍贵。它能提供有关火星的物质组成、层圈结构、岩浆演化等方面的信息，是研究火星的重要途径。据Rubin（2002）的陨石分类，陨石可分为球粒陨石、原始无球粒陨石、分异的无球粒陨石。火星陨石（SNCO）属于分异的无球粒陨石，它们是火成的堆晶岩和玄武岩，包括4种主要岩石类型：辉玻无球粒陨石（Shergottites），辉橄无球粒陨石（Nakhlites），纯橄无球粒陨石（Chassignite）和斜方辉岩质无球粒陨石（Orthopyroxenite）。其中辉玻无球粒陨石又进一步划分为：玄武岩质辉玻无球粒陨石（Basaltic Shergottites，B-S）和二辉橄榄岩质辉玻无球粒陨石（Lherzolitic Shergottites，L-S）（McSweenand Treiman，1998），新近从玄武岩质辉玻无球粒陨石中将具有橄榄石斑晶的6个陨石（DaG476、SaU005、Dhofar019、NWA1068、NWA1195、NWA2046）和EETA79001A单独划分出来，并定名为橄榄石-斑状玄武岩质火星陨石（Olivine-phyric Shergottites）（Anne，2002）3。

目前回收到的陨石中，火星陨石只有33个，其中Shergottites24个（17个B-S，7个L-S），nakhlites7个，Chassignite1个，Orthopyroxenite1个（表Ⅰ）。绝大多数为发现型，只有4个为降落型；12个来自南极蓝冰地区，21个来自非南极地区，且主要来自沙漠。代表性的SNCO火星陨石发现很早（Shergotty，1865年8月25日在印度发现；Nakhla，1911年6月28日于埃及发现；Chassigny，1815年10月3日在法国发现；Orthopyroxenite，ALH84001，1984年于南极AllanHills发现），但确定其火星成因则经过了长期的研究和争论。早在1872年，Tschermak就认识到Shergotty陨石是在相对氧化的条件下形成的玄武岩。基于这些SNCO陨石结晶年龄年青（除ALH84001为4.0－4.5Ga外，其余的火星陨石的年龄≤1.3Ga），许多学者认为它们来自火星（McSweenetal.，1979a；Nyquistetal.，1979；Walkeretal.，1979；WassonandWetherill，1979；WoodandAshwal，1981）。1982年，第一块月球陨石的发现使人们相信SNCO陨石有可能来自火星。1983年，Bogard和Johnson在EETA 79001陨石（B-S）的冲击熔融玻璃中发现了捕获的Ar，Ar和其他稀有气体、N2、CO2的同位素组成和相对丰度同火星大气丰度明显匹配（图），人们才普遍认同这些陨石的火星成因。同时，Clayton和Mayeda （1983）发现火星陨石在氧的三同位素图上形成亚群，其构成的分馏线与地球岩石和HED陨石明显分离，位于TF线（地月分馏线）上方且平行于TF线。Becker和Pepin（1984）也发现氮同位素和N/Ar比值与“海盗”号飞船的测量结果一致，进一步证实了这些陨石的火星成因。

火星陨石起源于火星的主要证据有：

SNC陨石的结晶年龄很小（≤1.3Ga），不可能形成于小行星的火成作用，而且1.3Ga近似于火星TharsisRidge火山的年龄（Woodand Ashwal，1981）；

EETA79001陨石玻璃中捕获的CO2组分、N2及稀有气体同位素组成，以及13C、12C值同火星大气相一致（Bogardand Johnson，1983）；

在一些陨石中发现有含水硅酸盐矿物如伊丁石、闪石存在，在ALHA77005的易变辉石的岩浆包裹体（Ikeda，1998）中发现有钛闪石，Nakhla中有伊丁石存在（ReidandBunch，1975）；

在一些陨石中（如ALH84001）发现有地外成因的碳酸盐（Romaneketal.，1994a，1995），而已知月球火成岩及小行星火成岩陨石实际上不含碳酸盐；

“海盗号”和“火星探路者”对火星土壤的X射线荧光光谱分析结果与Shergotty陨石的全岩化学组成相当吻合，尤其是两者的FeO含量几乎相同（分别为19.7%和19.6%）；

高的fO2、特殊的18O/16O（△17O≈0.3‰）（ClaytonandMayeda，1996）和磷酸盐中高的D/H比值（Leshinetal.，1996；Leshin，2000；Wastonetal.，1994）、复杂的REE配分模式，相似的FeO/MnO、K/La、K/U、W/La、Ga/La、Na/Al比，较其它无球粒陨石具有较高的挥发性元素含量（王道德，1995；王道德等，1999）。

目前，火星陨石的研究内容主要包括：

火星陨石的分类学、岩石矿物学、化学组成、磁性、光谱特征；

火星陨石的物质源区、熔融分异作用、母岩浆成分、热变质作用、冲击效应、辐射记录和效应、次生蚀变等；

放射性、宇生同位素组成及年代学、稳定同位素（H、O、S、C、N）及其他同位素组成（Xe、W、Hf、Re-Os）；

火星陨石同地球岩石、月球陨石及其他类型陨石的对比研究；

火星壳－幔－核的组成、结构、性质及岩浆活动，火星大气圈的组成和演化、火星大气圈和水圈、岩石圈的相互作用；

火星上可能存在的生命遗迹等。

当前国际上对火星陨石的研究存在的主要问题包括：

目前没有直接取自火星的岩石样品，只能通过对火星陨石进行研究，从而揭示火星的物质组成、结构及岩浆演化规律。人们回收到的火星陨石数量很少（33个）且大部分为堆积岩，某些岩石类型相同的火星陨石又具有基本相同的溅射年龄（N陨石为～11Ma，L-S陨石为～4Ma），很可能是同一撞击事件的产物，因而火星陨石所代表的火星表面区域极少，限制了人们对火星的物质组成和母岩浆成分及演化规律的认识；

利用火星陨石中的低温蚀变矿物（如含水矿物、粘土矿物、碳酸盐、硫酸盐等）研究火星表面的热液体系和蚀变作用，并能为火星大气的演化提供线索，但目前几乎全部工作都集中于ALH84001，对其他火星陨石的次生矿物缺乏相应的系统而深入的研究；

火星陨石自火星上溅射出来而降落至地球上需要克服火星的强大引力，因此，大部分火星陨石都经历了非常强烈的冲击变质作用，研究火星陨石时需要扣除叠加在岩浆作用之上的冲击变质影响，但有关火星陨石冲击效应的研究，目前主要局限于少数几个陨石，对火星表面冲击变质作用的研究有待于进一步的工作；

同位素年龄的测定提供了火星陨石形成和演化的时间标尺。某些同位素体系（如K-Ar、Rb-Sr等体系）由于受到强烈的冲击变质作用而发生重置，造成同位素年龄的解释长期存在争议；

火星生命的争论是当前火星陨石研究和火星探测的焦点。ALH84001陨石中存在有古老生命痕迹的证据，如低温碳酸盐瘤体、生物膜、PAHs等，但热水溶液的实验模拟（Goldenetal.，2000；McSweenetal.，1998）已经观察到Mg，Ca碳酸盐发生无机沉淀可以产生ALH84001的碳酸盐瘤体；

对火星陨石的反射波谱研究，将对正确解释火星探测器和飞船的大量遥感数据有重要的参考价值。

样本艾伦—希尔斯84001科学家们认为“艾伦—希尔斯84001”中磁铁矿成分不是来自于碳酸盐，而来自于另外一个过程。对比地球上的现象，与在“艾伦—希尔斯84001”陨石中磁铁矿成分相同的磁铁矿晶体大多数由超磁细菌制造，因此通过生物模式得到是可行的。科学家们应用最新的高分辨率电子显微镜得到的新分析显示，“艾伦—希尔斯84001”陨石的磁铁矿晶体结构中约有25%是由细菌形成的。

美国新墨西哥大学等机构研究人员3日报告说，经过约一年的详细分析，他们确认此前发现的一颗火星陨石属于全新类型。

这颗陨石名为“西北非7034”，重约320克，2011年发现于北非国家摩洛哥的沙漠地带，历史可以追溯到21亿年前，即火星地质史上的早期亚马逊时代。

根据火星表面单位面积上撞击坑的数量由多至少，火星地质史分为三个主要时间段，分别为挪亚纪、赫斯伯利亚纪和亚马逊纪。目科学界关于三个时代的具体分野仍有分歧，其中一种说法认为，挪亚纪为火星形成之初即45亿年起前至37亿年前，赫斯伯利亚纪为37亿年前至30亿年前，亚马逊纪为30亿年前至今。

研究人员发现，这颗陨石与来自火星的其他陨石相比非常独特。首先，地球上共发现100多颗火星陨石，它们大多形成于距今4亿至两亿年前，而这颗陨石的时间要早得多。

其次，这颗陨石的含水量约为6000ppm（1ppm为百万分之一），比大多数火星陨石的含水量多出10倍。这些水可能源于某个近表面的蓄水层，意味着火星表面与水有关的活动可能一直持续到早期亚马逊时代。

种种迹象显示，这颗陨石与美国航天局火星探测器分析的火星表面岩石非常相近，它很可能源自火星外壳。此外，该陨石还包含一种独特的氧同位素，这为火星壳内存在多个氧同位素储库的说法提供了佐证。

相关研究成果3日发表在美国《科学快讯》网站上。研究人员表示，这些发现可能会对许多长期以来流行的火星地质学概念提出挑战。4