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三、原始无球粒陨石

原始无球粒陨石是无球粒陨石中演化程度相对原始的一个大类。主流观点认为这一大类陨石源于具有球粒特征的母体行星,母体内部升温导致物质部分熔融,金属与硅酸盐在重力的作用下产生一定程度的位移,而后母体行星在撞击事件的影响下破碎解体。

此大类陨石保持原始状态的特征包括:部分原始无球粒陨石内部还含有少量球粒的残骸、原始无球粒陨石与球粒陨石的微量元素丰度相似、部分原始无球粒陨石的氧同位素组成与球粒陨石相近等。通过对原始无球粒陨石的研究,科学家们力求还原太阳系早期具有球粒特征的行星向分异行星过渡的中间阶段。

1983年,原始无球粒陨石的概念由美国科学家首先提出,而后经过不断完善,目前主流观点认为原始无球粒陨石包括4个陨石群:橄榄古铜无球粒陨石(粗粒)、橄榄古铜无球粒陨石(细粒)、橄榄石无球粒陨石和辉石无球粒陨石(图2.43)。需要指出的是,根据目前的研究结果来看,原始无球粒陨石与分异无球粒陨石之间并没有一刀切的明显界限。

图2.43 原始无球粒陨石的族、群示意图

1.橄榄古铜无球粒陨石

橄榄古铜无球粒(粗粒)群, 定名源自1868年10月1日发生在今巴基斯坦洛特兰(Lodran)附近的陨石降落事件。陨石主要由橄榄石、辉石及少量的长石和陨硫铁等矿物组成。通过对其矿物成分和同位素组成的比较研究,科学家们认为它的母体行星与普通球粒陨石的母体有着亲缘关系,但经历了一定程度的高温熔融及物质熔融后相互交代的过程,所处的阶段介于球粒陨石与分异无球粒陨石之间的过渡状态(图2.44)。

橄榄古铜无球粒(细粒)群, 定名源自1976年8月11日发生在墨西哥阿卡普尔科(Acapulco)附近的陨石降落事件。陨石的主要矿物为橄榄石、辉石、斜长岩、铁纹石、镍纹石、陨硫铁等,矿物组成与普通球粒H群陨石和顽辉石球粒陨石相近,而且部分橄榄古铜无球粒(细粒)群陨石中还含有破碎的球粒残骸(图2.45)。

图2.44 1868年10月1日降落在今巴基斯坦的橄榄古铜无球粒(粗粒)群陨石,国际命名:Lodran(美国亚利桑那州立大学藏品;摄影:李博方)

图2.45 1976年8月11日降落在墨西哥的橄榄古铜无球粒(细粒)群陨石,国际命名:Acapulco(美国亚利桑那州立大学藏品;摄影:李博方)

目前,橄榄古铜无球粒陨石所对应的母体行星尚不明确,但是氧同位素和矿物化学的研究结果显示,橄榄古铜无球粒(粗粒、细粒)陨石应源于同一颗母体行星,区别在于橄榄古铜无球粒(粗粒)陨石的矿物颗粒直径偏大(540~700微米),形成的温度略高,约1250℃;橄榄古铜无球粒(细粒)陨石的矿物颗粒直径较小(150~230微米),形成的温度略低,约950℃。据此推断,橄榄古铜无球粒(粗粒)陨石在母体行星中的位置更接近行星的内核,而橄榄古铜无球粒(细粒)陨石所在的位置更靠近母体行星的表面。

2.橄榄石无球粒陨石

橄榄石无球粒群, 定名源于1974年在澳大利亚中南部沙漠中发现的此群中首块陨石Brachina。该群陨石含有的主要矿物是橄榄石,其在陨石中所占的体积分数为74%~98%,另含有少量的长石、陨硫铁、辉石、铁纹石、镍纹石等矿物(图2.46、图2.47)。

橄榄石无球粒陨石内部所包含的矿物与球粒陨石基本相同,亲石元素的丰度与球粒陨石接近,并且未呈现全面的熔融分异特征,因此将其划分为原始无球粒陨石,而非经历过完整行星分异过程的无球粒陨石。就目前在世界各地收集到的不同的橄榄石无球粒陨石样本来看,它们在岩石学、矿物化学、氧同位素组成等方面均存在一定的差异,据此推测这些陨石并非来自同一颗母体行星,在形成过程方面也不尽相同。随着今后标本数量的增多、分类标准的具体化,可能会将橄榄石无球粒陨石做进一步细化分类。

图2.46 1974年5月26日在澳大利亚发现的橄榄石无球粒群陨石,国际命名:Brachina(美国亚利桑那州立大学藏品;摄影:李博方)

图2.47 2019年10月27日在中国新疆库木塔格沙漠发现的橄榄石无球粒群陨石,国际命名:Kumtag 061,重量:2540克(摄影:陈鹏力)

橄榄石无球粒陨石所对应的母体行星至今尚无确切定论,但从理论上来说,其母体行星应直径较小(可能不大于100千米),因此未能累积足够的热量,造成其内部仅部分熔融的结果。根据橄榄石无球粒陨石内部橄榄石成分占比高、铁元素含量明显的情况来判断,其母体行星应形成在氧逸度相对较高的环境中,相较于其他原始无球粒陨石,该陨石的形成位置要更远离于太阳系原始星云盘的核心。小行星的光谱分析结果显示,289号小行星Nenetta和246号小行星Asporina具备较高的橄榄石含量,可能与橄榄石无球粒陨石的母体行星存在关联。

3.辉石无球粒陨石

辉石无球粒群 (Winonaite),定名源于1928年9月在美国亚利桑那州北部发现的此群中首块典型样本Winona陨石。陨石内部由辉石、橄榄石、长石、陨硫铁、铁纹石、镍纹石等矿物构成,其中辉石占比最高(图2.48)。

辉石无球粒陨石中的矿物种类、化学成分都与球粒陨石有着极大的相似性。在一些辉石无球粒陨石中,甚至还可以找到残存的球粒,但绝大多数是受强烈热变质形成的结晶结构,因此将它们归类为未经过行星分异的原始无球粒陨石。

辉石无球粒陨石所对应的母体行星至今尚不明确,但是科学家根据其内部所含有的特定矿物成分判断,其母体行星应该形成于一种较为还原的环境里。氧同位素的研究结果显示,辉石无球粒陨石与IAB群铁陨石内部常见的硅化物具有极大的同源性,科学家据此提出辉石无球粒陨石应该与IAB群铁陨石来源于同一颗或者同一类母体行星,IAB群铁陨石代表母体行星的内核部分,而辉石无球粒陨石形成于内核之外的硅酸盐部分。

图2.48 1928年9月在美国发现的辉石无球粒群陨石,国际命名:Winona(美国亚利桑那州立大学藏品;摄影:李博方) 78lrBp0AxqsT17ML7B2w01zkWPSp0UVScRTrYerKLuKhgohVyZJj2UN96q9uXVJr

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