来自外太空的“时间胶囊”，就在地球上

在约45亿年前，太阳系从一团混沌的星云中诞生。尽管这个过程看似遥不可及，但幸运的是，我们可以通过研究那些穿越时空来到地球的“时间胶囊”——球粒陨石（Chondrite），来揭示太阳系形成的诸多秘密。这些古老的岩石碎片携带着丰富的信息，尤其是其内部包含的小型、圆形颗粒——陨石球粒(Chondrules)。

陨石球粒是球粒陨石中的重要组成部分，它们直径通常约为一毫米，主要由橄榄石和辉石这两种硅酸盐矿物构成。球粒的形成经历了一场高温熔融到冷却固化的历程，在行星还未聚集的早期太空中，尘埃粒子或小行星可能因遭遇高速碰撞等高能事件而瞬间融化为液滴，随后快速冷却并结晶成现今所见的球粒结构。

典型球粒陨石的横截面：这块陨石被切开，露出了里面的球粒，它主要由橄榄石等硅酸盐矿物组成。除了球粒外，球粒陨石通常还含有未被氧化(生锈)的铁微粒，因为它们没有长时间暴露在地球富氧的大气中。这使得它们很容易与陆地岩石区分开来，陆地岩石不含金属形式的铁（引自资料7）。

当一块典型的球粒陨石被切开时，显露出的不仅仅是美丽的球粒构造，还有未被氧化的铁微粒，这使得它们能够轻易区别于地球上的陆地岩石。作为最常见的陨石类型，球粒陨石占据了陨石坠落总数的85%以上，主要起源于小行星带。其中，特别是普通球粒陨石被认为来自小行星。这些古老陨石大约形成于45亿年前，其成分与太阳系行星相似度极高，球粒陨石因其相对未经显著改造的古老化学成分，成为了记录太阳星云形成和早期行星演化阶段的重要载体。然而，科学家们仍在努力破译这其中蕴含的深层次信息。然而，球粒陨石带给我们的信息远不止于此。在对球粒陨石进行地球化学分析时，科学家发现了稀有气体氦的独特线索。值得注意的是，球粒陨石中还含有原始稀有气体氦，这对于研究太阳系行星的起源具有重大意义。

不同样品中氦的同位素比值（Sano, Y. (2018). Helium Isotopes. In: White, W.M. (eds) Encyclopedia of Geochemistry. Encyclopedia of Earth Sciences Series. Springer, Cham. https://doi.org/10.1007/978-3-319-39312-4_205）

氦同位素的比例（3He/4He）可以帮助科学家追溯太阳系早期物质的来源和分布，揭示恒星演化的历程，以及探讨太阳系初期的物理环境条件。3He和4He是两种稳定的氦同位素。在地球上的天然氦气中,绝大部分是4He,只有非常少量的3He,地球大气中的3He/4He比例大约是1.4 x 10*-6。而在太阳风和月球样品中,3He/4He的比例明显更高,可以达到4 x 10*-4,这表示它们含有更多的原始太阳系氦气。水热喷口释放出的氦气3He/4He比例也较高,主要是地核中的原始氦被释放出来。不同来源氦气3He/4He比例的测量,可以研究地球和太阳系的演化过程,追踪地幔氦的来源,也可估算地热资源。在地质研究中,3He/4He比例是一个重要的定量参数。地球上的4He主要来自于铀和钍的α衰变。而3He则主要是地球形成时继承了太阳星云的原始氦气成分,也有可能来自于人造的核反应堆。月球和未分化的气态行星如木星和土星的氦气,3He/4He比例接近太阳的原始比例,约为2x10*-4。这些氦保留了太阳星云的签名,可追溯太阳系的起源。了解不同地质构造的氦气来源以及它们的3He/4He比例,对球层化学和行星科学研究都有重要意义。

球粒陨石氦同位素地球化学特征

3He和4He的比例在球粒陨石中具有独特的特征，特别是样本中检测到的3He/4He比值高达10*-4，这与碳质球粒陨石以及一些被认为来自太阳系外缘区域的天体相似。这种比例差异反映了不同的成因背景和源区特征，从而帮助科学家追踪太阳系初期物质的分布和演化历程。进一步研究发现，球粒陨石中氦同位素组成的差异性还可能关联到大规模的宇宙事件，比如行星形成过程中的撞击事件。

一颗重700克的NWA 869陨石。在样品的切割和抛光表面可以看到球粒和金属薄片。NWA 869是一颗普通的球粒陨石(L4-6)(维基百科）

例如，高比率的3He可能源自于太阳系外部古老恒星爆炸产生的超新星遗迹。当富含此类氦同位素的天体碎片通过撞击作用进入地球或其他行星系统时，它们便将这些远古星际介质的信息带入了太阳系内圈。通过对球粒陨石中氦同位素的研究，科学家不仅能够深入了解太阳系形成的初始条件和物质来源，还有助于阐明影响太阳系各组成部分及其演化路径的重大天文事件。这些穿越时空而来的氦痕迹，就如同古老的密码，让我们得以窥探那段深藏于历史长河之中的宇宙往事，这些珍贵的“化石”为我们打开了探寻宇宙生命起源之谜的新窗口。

参考资料：

Busemann, H., Baur, H., & Wieler, R. (2000). Primordial noble gases in “phase Q” in carbonaceous and ordinary chondrites studied by closed‐system stepped etching. Meteoritics & Planetary Science, 35(5), 949-973.

Huss, G. R., Lewis, R. S., & Hemkin, S. (1996). The “normal planetary” noble gas component in primitive chondrites: Compositions, carrier, and metamorphic history. Geochimica et Cosmochimica Acta, 60(17), 3311-3340.

Schultz, L., Weber, H. W., & Franke, L. (2005). Rumuruti chondrites: Noble gases, exposure ages, pairing, and parent body history. Meteoritics & Planetary Science, 40(4), 557-571.

https://www.universetoday.com/tag/chondrites/

https://www.britannica.com/science/chondrite

https://www.britannica.com/science/chondrule

http://www.faithfulscience.com/astronomy-and-cosmology/planetary-systems.html

附录：

附：陨石的矿物学分类

陨石，作为太阳系早期物质的珍贵记录者，承载着揭示宇宙起源、星体演化以及地球化学过程等重大科学问题的关键线索。它们源自行星际空间的各种天体，在历经亿万年的漫长旅行后，偶尔降落到地球上，成为科学家们探索深空奥秘的重要窗口。陨石的分类主要依据其矿物组成、结构特征及同位素组成等因素，大致可分为三大类：球粒陨石、无球粒陨石和铁陨石。其中，球粒陨石是最常见的类型，内部含有大量小至毫米级的圆形颗粒——球粒，这些球粒的形成历程为我们提供了太阳系早期高温环境下的重要信息。无球粒陨石则不包含或几乎不含球粒，代表了经历过熔融和地质改造的母体天体的地壳或幔层物质，如火星陨石、月球陨石和灶神星陨石等。而铁陨石主要由金属铁和镍构成，反映了富含金属的小行星核部的物质组成。通过深入研究各类陨石，我们不仅能追溯太阳系的诞生和演化历史，还能揭示不同星球的地壳与内核成分、地表过程，乃至生命的起源等诸多领域中的未解之谜。因此，陨石的分类研究不仅是天文学和地球科学的交叉点，更是推动人类对宇宙认知不断深化的重要途径。

①碳质球粒陨石（Carbonaceous chondrites）：碳质球粒陨石（Carbonaceous Chondrites）是球粒陨石的一种特殊类型，它们的特点在于含有丰富的有机化合物和水，以及较高的碳含量。这类陨石是太阳系早期物质的重要化石记录，被认为是最原始、未经显著高温熔融和化学分异的天体残留物之一。在碳质球粒陨石中，除了常见的球粒结构外，还包含多种矿物质如硅酸盐、氧化铁、硫化物以及大量的碳质材料，这些碳质物质可以是无定形碳、石墨、有机分子甚至是氨基酸等构成生命基础的复杂有机化合物。此外，它们还常常含有多种挥发性元素，比如氮、氢、氧、硫以及稀有气体等，这些成分对于研究太阳系特别是地球上的水和有机物质来源具有重要意义。通过分析碳质球粒陨石的成分与结构，科学家们能够获取关于早期太阳星云条件、太阳系小行星带内物质演化过程，以及可能的生命前体物质如何从星际空间传输至地球等方面的珍贵信息。

碳质球粒陨石Allende，碳质球粒陨石呈深灰色至黑色图片

碳质球粒陨石，阿连德陨石，4.560-4.568 Ga，碳质球粒陨石-阿连德陨石，小破碎的个体。(直径1.4厘米)碳质球粒陨石是深灰色到黑色的球粒陨石，具有相对富含碳的基质。1969年阿连德陨石坠落时，陨石学家获得了第一个大型碳质球粒陨石样本。在阿连德之前，碳质球粒陨石材料非常罕见。阿连德已经成为研究最深入、最著名的碳质球粒陨石。于1969年2月8日凌晨1点05分撞击地球。已知的分布在墨西哥北部奇瓦瓦州东南部阿连德镇附近，呈西南向东北方向分布。上面显示的覆盖岩石的黑色物质是原始的熔融地壳。融合地壳代表了原始岩石碎片的外部部分，当阿连德火球穿过地球大气层时，这些岩石碎片部分融化了。浅灰色区域表示岩石的内部外观(熔合地壳破裂的地方)。

②普通球粒陨石（Ordinary chondrites）：普通球粒陨石（Ordinary Chondrites）是陨石家族中最常见的一类，它们占据了已知陨石总量的约85%左右。这类陨石以包含大量微小的硅酸盐矿物球粒为特征，这些球粒是在太阳系早期形成的，并且保留了原始星云物质的信息。不仅铁镍金属含量最低，而且其整体化学成分相较于H群和L群更为贫瘠。通过研究普通球粒陨石，科学家能够了解太阳系早期的物质构成、元素丰度、同位素比例以及行星形成过程中的物理和化学条件等诸多信息。此外，由于普通球粒陨石广泛分布且易于获取，因此成为了研究地球和其他行星起源的重要窗口。

普通球粒陨石NWA 10114 L5 W1, S2 2380g

③顽辉石球粒陨石（Enstatite chondrites）：顽辉球陨石，是一种罕见的球粒陨石类型，其主要矿物成分为顽火辉石（Enstatite），这是一种镁和铁的硅酸盐矿物。这类陨石的特点是富含顽火辉石和相关的低钙辉石，并且相对缺乏其他常见的球粒陨石中的矿物如橄榄石等。它们的化学成分反映出形成于极端还原的环境，即原始太阳星云中富含金属铁而几乎不含水或挥发性物质的部分。在太阳系早期的历史中，顽辉球陨石母体可能是小行星带内部非常干燥区域的天体残骸。它们对于研究太阳系早期条件、特别是了解那些远离水分和其他挥发性物质源区域的物质构成具有重要意义。

顽辉石球粒陨石撞击熔融角砾岩nwa 6258
④R型球粒陨石 Rumuruti（R）：是一种较为罕见的球粒陨石类型，以其独特的矿物学和化学特性区别于其他球粒陨石。这类陨石以富含钙铝包涵物（CAIs）和低铁含量为特征，并且含有大量的长石和斜长石等硅酸盐矿物以及丰富的球粒结构。Rumurutiites在命名上源于肯尼亚的鲁穆鲁蒂地区，在那里首次发现了此类陨石样本。它们的化学成分和岩石学性质表明其形成于太阳系早期相对氧化的环境中，与之对比的是，例如顽火辉石球粒陨石则代表了还原环境下的产物。由于R型球粒陨石具有较高的SiO2含量、较低的金属及硫化物比例以及特殊的球粒和熔融包体组合，因此对于研究太阳系早期物质的演化过程、小行星母体的分异历史以及行星形成的条件等方面提供了宝贵的资料。

未角化(a)和角化(b和c) R球粒陨石的显微照片:(a) Hammadah al Hamra 119 (R4)在薄片尺度上未角化。球粒和球粒碎片嵌入细粒基质中;(b) R球粒状风化角砾岩Rumuruti (R3-6)。手部标本由镶嵌在碎屑基质中的浅色和深色碎片组成。大碎屑的丰度约为50% (Schulze et al.， 1994);(c) Dar al Gani 013 (R3-6)由不平衡岩性(类型3)、各种类型的平衡碎屑和冲击熔融岩碎片组成(与图3相比)(引自：https://www.researchgate.net/figure/Photomicrographs-of-unbrecciated-a-and-brecciated-b-and-c-R-chondrites-a-Hammadah_fig1_313549596)

⑤无球粒陨石（achondrite）是一种不含球粒陨石的硅酸盐陨石。球粒陨石是大多数其他硅酸盐陨石所含有的小圆粒。无粒陨石来自于受热程度足以熔融和分化成核、地幔和地壳的小行星。最大的一组无粒陨石是Howardite、Eucrite和Diogenite陨石,它们可能来自太阳系第二大小行星——灶神星。无粒陨石含有在母体小行星冷却时形成的矿物橄榄石、辉石和长石。这为我们了解小行星的地质过程提供了见解。无粒陨石的化学成分显示比球粒陨石更缺乏挥发性元素。这表明母小行星曾受热至足以逃逸挥发性元素的高温。无粒陨石占所有陨石坠落的约8%。它们是研究小行星地质和早期行星形成过程宝贵的样本。

无球粒陨石：2009年5月TKW: 2290 G一半个体数量:463 G非常新鲜的端切岩，切割表面光滑，光滑的黑色外壳呈块状保存。铬铁矿晶体从地壳延伸。明显配以橄榄石重长岩NWA 5480。MB 101的记录:历史:2009年5月，一位匿名的发现者在马里的Agaraktem东部发现了四颗陨石。身体特征:四个几乎完整的个体，总计2290克。岩石学:(R. Bartoschewitz, Bart)自形到半自形多晶橄榄石团簇(约50 vol%)(约1mm，平均约0.1 mm)，分布在样纹带中，在xenolithic到半自形辉石颗粒(约1mm)的基质中，有罕见的粒间长石。铬铁矿和金属主要赋存于辉石和橄榄石晶粒中。地球化学:(R. Bartoschewitz, Bart;P. Appel, B. Mader, Kiel)辉石Fs23.8-25.4Wo2.0-4.4，橄榄石Fa29.3-30.3，长石An76-83Ab1-5。铬铁矿Al2O3 = 14.4-15.4, TiO2 = 0.9-1.1, MgO = 4.1-4.8;镍= 0.3-1.1,Co = 0.7-0.9(均以wt%计)。分类:橄榄闪长岩，S1，非常新鲜。

更普遍的分类图如下：

Chondrites：球粒陨石

Carbonaceous：碳质球粒陨石

Ordinary：普通球粒陨石

Enstatite：顽辉石球粒陨石

Rumuruti（R）：R型球粒陨石

Achondrites：无球粒陨石

Primitive Achondrites：原始球粒陨石

Iron meteorites：铁陨石

Stony-iron meteorites：石铁陨石