陨石学与天体化学_2001_2010_研究进展_林杨挺

矿物岩石地球化学通报·学科发展十年进展·Ｂｕｌｌｅｔｉｎ　ｏｆ　Ｍｉｎｅｒａｌｏｇｙ，Ｐｅｔｒｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ＧｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙＶｏｌ．３２Ｎｏ．１，Ｊａｎ．，２０１３陨石学与天体化学（２００１～２０１０）研究进展林杨挺１，缪秉魁２，徐　琳３，胡　森１，冯　璐１，赵旭晁１，杨　晶４１．中国科学院地质与地球物理研究所地球深部研究重点实验室，北京１０００２９；２．桂林理工大学地球科学学院，桂林５４１００４；３．中国科学院国家天文台，北京１０００１２；４．中国科学院广州地球化学研究所，广州５１０６４０摘　要：２１世纪的第一个十年，陨石学与天体化学研究在中国迎来了一个前所未有的发展时期。

在南极格罗夫山地区共开展了５次科学考察，收集到超过１万块陨石，提供了珍贵的研究样品；嫦娥工程的立项和一期工程的成功实施，是陨石学与天体化学发展的重大机遇，也是挑战；高精度原位微区分析平台建设的完成，则为地外物质样品的分析提供了关键的技术保证。

更为重要的是，通过大量南极陨石的分类工作，培养和锻炼了陨石学研究的青年人才。

在此基础上，通过对各化学群陨石的研究，取得了许多重要的成果，包括陨石中前太阳颗粒的发现和研究、陨石中的灭绝核素、太阳星云在不同条件下的凝聚过程、月球陨石和火星陨石的岩石学成因与同位素定年、陨石的冲击变质与高压矿物、以及中国第一个陨石坑的证实等。

关　键　词：陨石；太阳系外物质；灭绝核素；太阳星云；小行星撞击中图分类号：Ｐ１４８，Ｐ１８５．８ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７－２８０２（２０１３）０１－００４０－１６Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｍｅｔｅｏｒｉｔｉｃｓ　ａｎｄ　Ｃｏｓｍｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ（２００１－２０１０）ＬＩＮ　Ｙａｎｇ－ｔｉｎｇ１，ＭＩＡＯ　Ｂｉｎｇ－ｋｕｉ　２，ＸＵ　Ｌｉｎ３，ＨＵ　Ｓｅｎ１，ＦＥＮＧ　Ｌｕ１，ＺＨＡＯ　Ｘｕ－ｃｈａｏ１，ＹＡＮＧ　Ｊｉｎｇ４１．Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｅａｒｔｈ’ｓ　Ｄｅｅｐ　Ｉｎｔｅｒｉｏｒ，Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｇｅｏｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００２９，Ｃｈｉｎａ；２．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕｉｌｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｇｕｉｌｉｎ　５４１００４，Ｃｈｉｎａ；３．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ａｓｔｒｏｎｏｍｉｃａｌ　Ｏｂｓｅｒｖａｔｏｒｉｅｓ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１２，Ｃｈｉｎａ；４．Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４０，ＣｈｉｎａＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　１０ｙｅａｒｓ　ｏｆ　２１ｓｔ　ｃｅｎｔｕｒｙ，ｍｅｔｅｏｒｉｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｃｏｓｍｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｍａｄｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．Ｄｕｒｉｎｇ　５ｔｉｍｅｓ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｎｔａｒｃｔｉｃ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｅｘｐｅｄｉｔｉｏｎｓ，ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　１０ｔｈｏｕｓａｎｄｓ　ｏｆ　ｍｅｔｅｏｒｉｔｅｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｃｏｌｌｅｃｔ－ｅｄ　ｆｒｏｍ　Ｇｒｏｖｅ　Ｍｏｕｎｔａｉｎ　ａｒｅａｓ，ｓｕｐｐｌｙｉｎｇ　ｗｉｔｈ　ｐｒｅｃｉｏｕｓ　ｅｘｔｒａｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ　ｓａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｍｅｔｅｏｒｉｔｉｃｓ　ａｎｄ　ｃｏｓ－ｍｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ｈａｓ　ａｌｓｏ　ｂｅｅｎ　ｐｒｏｍｏｔｅｄ　ｂｙ　Ｃｈａｎｇ’ｅ　ｍｉｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｇｒｅａｔ　ｓｕｃｃｅｓｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｅｐｉｓｏｄｅ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｌｕｎａｒｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｉｓ　ｃｈａｌｌｅｎｇｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｄｅｍａｎｄｓ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ．Ｖａｒｉｏｕｓ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｌａｔｅｒｉａｌ　ｒｅｓｏｌｕ－ｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｅｘｔｒａｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌ　ｓａｍｐｌｅｓ　ａｒｅ　ｎｏｗ　ａｖａｉｌａｂｌｅ　ｗｉｔｈ　ａ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｎｅｗｌｙ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ　ｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｅ－ｑｕｉｐｍｅｎｔｓ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｍａｎｙ　ｙｏｕｎｇ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｉｎｖｏｌｖｅｄ　ｉｎ　ｃｏｓｍｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ　ａｎｄ　ｔｒａｉｎｅｄ　ｖｉａ　ｃｌａｓｓｉｆｙｉｎｇｔｈｅ　ｌａｒｇｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　Ａｎｔａｒｃｔｉｃ　ｍｅｔｅｏｒｉｔｅｓ．Ｂｙ　ｓｔｕｄｙｉｎｇ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｇｒｏｕｐｓ　ｏｆ　ｍｅｔｅｏｒｉｔｅｓ，ｎｕｍｅｒｏｕｓ　ｄｉｓｃｏｖｅｒｉｅｓ　ｈａｖｅｂｅｅｎ　ｍａｄｅ，ｉｎｃｌｕｓｉｎｇ　ｐｒｅｓｏｌａｒ　ｇｒａｉｎｓ　ｉｎ　ｐｒｉｍｉｔｉｖｅ　ｃｈｏｎｄｒｉｔｅｓ，ｓｈｏｒｔ－ｌｉｖｅｄ　ｒａｄｉｏｎｕｃｌｉｄｅｓ，ｃｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ　ｏｆｔｈｅ　ｓｏｌａｒ　ｎｅｂｕｌａ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｒｅｄｏｘ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｐｅｔｒｏｇｅｎｅｓｉｓ　ａｎｄ　ｉｓｏｔｏｐｉｃ　ｄａｔｉｎｇ　ｏｆ　ｌｕｎａｒ　ｍｅｔｅｏｒｉｔｅｓ　ａｎｄ　ｍａｒｔｉａｎｍｅｔｅｏｒｉｔｅｓ，ｓｈｏｃｋ　ｍｅｔａｍｏｒｐｈｉｓｍ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ　ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｓ　ｉｎ　ｓｈｏｃｋｅｄ　ｍｅｔｅｏｒｉｔｅｓ，ａｎｄ　ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔｍｅｔｅｏｒｉｔｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｃｒａｔｅｒ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍｅｔｅｏｒｉｔｅ；ｐｒｅｓｏｌａｒ　ｇｒａｉｎｓ；ｓｈｏｒｔ－ｌｉｖｅｄ　ｎｕｃｌｉｄｅｓ；ｓｏｌａｒ　ｎｅｂｕｌａ；ａｓｔｅｒｏｉｄ　ｉｍｐａｃｔ收稿日期：２０１２－０５－１７收到，１０－０８改回基金项目：中国科学院知识创新方向性项目（ＫＺＣＸ２－ＹＷ－Ｑ０８）；国家自然科学基金重点资助项目（４０８３０４２１）第一作者简介：林杨挺（１９６２－），研究员，研究方向：陨石学与比较行星学．Ｅ－ｍａｉｌ：ＬｉｎＹＴ＠ｍａｉｌ．ｉｇｃａｓ．ａｃ．ｃｎ． 陨石学与天体化学作为一门基础性学科，在近十年迎来了一个最好的发展时期。

一个关键的因素是我国在２００４年启动了月球探测的嫦娥工程。

通过成功发射嫦娥一号、二号绕月卫星，我国已完成了无人月球探测“绕、落、回”的第一步聚，并取得一系列重大成果。

根据嫦娥工程的总体计划，我国将在２０１３年实现月球表面的软着陆，在２０１７年实现月球样品的采集并返回。

与此同时，我国还将开展对火星、金星、小行星等太阳系小天体的深空探测。

陨石是大自然馈赠的来自月球、火星、小行星等天体的岩石样品，为我国月球等深空探测科学目标的制定和科学成果的实现提供了极为重要的研究对象。

陨石学和天体化学的发展一方面是我国深空探测的战略需求，另一方面深空探测的实施极大地促进了该学科的发展。

我国陨石学与天体化学发展的另一重要因素是我国南极格罗夫山陨石的大量发现。

１９９８年我国开展第一次南极内陆格罗夫山科学考察，首次发现４块不同陨石样品，实现了我国南极陨石考察零的突破。

随后在１９９９年的第二次格罗夫山考察中，发现了２８块陨石，包括一块火星陨石和一块灶神星陨石。

在２００２～２００３年度、２００５～２００６年度、以及２００９～２０１０年度的另外３次格罗夫山考察中，分别发现４４４８，５３５４，以及１６１８块陨石，共收集到的南极陨石总数超过１万块，成为继日本、美国之后拥有南极陨石最多的国家。

大量南极陨石的发现为陨石学与天体化学研究提供了极为重要的标本。

与地球岩石样品相比，陨石极为珍贵和稀少。

不仅如此，大部分陨石样品类似于太空“沉积岩”，由形成区域和条件完全不同的各种集合体和矿物颗粒堆积而成，因此对微区微量分析技术有很高的要求。

近十年现代分析技术的进步，特别是随着我国经济实力的不断增强，引进了大量新一代分析仪器，如大型离子探针ＣＡＭＥＣＡ　ｉｍｓ　１２８０和ＣＡＭＥＣＡＮａｎｏＳＩＭＳ　５０Ｌ，热电离质谱Ｔｒｉｔｏｎ，以及激光剥蚀多接收等离子体质谱（ＬＡ－ＭＣ－ＩＣＰ－ＭＳ）等，为陨石学与天体化学研究提供了关键的技术支撑。

近十年地球科学前沿领域的发展越来越强调比较行星学的作用，特别是对地球形成与早期演化历史的研究，以及地球深部物质组成的研究，比较行星学提供了一个新的视角。

另一方面，比较行星学的发展也受益于其与地球科学的融合。

本文试图总结我国近十年来在陨石学与天体化学领域所取得的主要成果，并简要介绍国际上的一些重大进展。

在此基础上，对未来的研究提出一些思路和建议，以供参考。

１　太阳系外物质陨石中的太阳系外物质是太阳系形成之前，由超新星、新星、红巨星以及渐近线巨星等各种恒星的喷出物凝聚形成的产物，是太阳星云残留的原始尘埃颗粒，具有与太阳系物质完全不同的同位素组成。

自１９８７年在陨石中发现了太阳系外成因的纳米金刚石以来，不同类型的太阳系外颗粒陆续被发现，包括碳化硅、石墨、刚玉、氮化硅、尖晶石和黑复铝石、以及硅酸盐等。

这些太阳系外物质具有一种或多种元素的同位素异常，反映了不同恒星或恒星内部不同圈层的核合成过程［１］。

１．１　分析技术进步太阳系外物质的粒度极少超过１０μｍ，大部分小于１μｍ。

因此，自２０００年出现第一台纳米离子探针（ＮａｎｏＳＩＭＳ）以来，太阳系外物质的研究进入了一个新的发展阶段，主要表现在陨石样品原位太阳系外硅酸盐等的发现，以及太阳系外颗粒的多元素同位素分析。

传统离子探针的常规束斑约２０～３０μｍ，而纳米离子探针的一次离子束可小至５０ｎｍ，同时具有高的灵敏度和多接收功能，可以满足多达７个同位素的同时测量。

利用ＮａｎｏＳＩＭＳ的高分辨同位素成像功能，在星际尘埃颗粒（ＩＤＰｓ）和原始陨石样品中发现了平均粒径仅为３００ｎｍ的太阳系外成因硅酸盐［１］。

中国科学院地质与地球物理研究所于２０１０年引进了我国第一台纳米离子探针ＮａｎｏＳＩＭＳ　５０Ｌ，利用该仪器的高分辩同位素成像技术，已在我国宁强陨石和南极格罗夫山陨石ＧＲＶ０２１７１０等样品中原位发现了大量太阳系外硅酸盐和碳化硅颗粒［２～５］。

１．２　太阳系外颗粒的发现太阳系外颗粒的发现主要有三种途径：①将陨石的大部分物质酸溶后从很少的残留颗粒中寻找；②将陨石基质物理分选后，从特定粒级或比重的样品中寻找；③直接在陨石样品上原位进行同位素扫描。