[科普中國]-火星隕石

簡介

自從“好奇號”登上火星之后，人類對火星的探索進入了一個新的里程，而在火星隕石中發(fā)現(xiàn)構成生命的有機碳，似乎更加印證了火星是存在生命的。但這些隕石，也可能是火星化學反應所致，所以還需要進一步確認。

包含大量碳鏈和氫鏈的分子是地球生命的構成元素，也是火星任務的主要目標之一，這對于理解生命是否存在于火星至關重要。

碳鏈和氫鏈的分子是地球生命的構成元素，這些分子曾發(fā)現(xiàn)于來自火星的隕石中，但是科學家對這些火星隕石的來源持不同觀點?？▋然鶎W會的安德魯-斯蒂爾負責這項最新研究，明確證據(jù)表明這些碳分子起源于火星，雖然并未發(fā)現(xiàn)這些碳分子具有生物特征。

該發(fā)現(xiàn)可以幫助研究人員進一步洞悉火星上出現(xiàn)的化學反應，并有助于解釋遠古或者現(xiàn)代火星生命存在的證據(jù)。這項研究報告發(fā)表在2013年5月24日出版的《科學快報》上。

科學家們鮮有共識大型碳分子起源于現(xiàn)已探測到的火星隕石，碳分子起源的理論包括來自地球或者其它隕石的污染物，它們可能是火星化學反應的結果，或者是遠古火星生物體殘骸。斯蒂爾帶領的研究小組檢測了11號火星隕石樣本，該隕石跨越火星42億年歷史。他們發(fā)現(xiàn)大型碳分子存在于晶體礦物質微粒中。

使用一系列復雜的研究技術，研究小組顯示至少一些較大碳分子存在于隕石之中，并不是來自地球的污染物質。之后研究小組觀測研究隕石中與其它礦物質有關的碳分子，從而洞悉這些碳分子樣本在抵達地球之前曾經(jīng)歷過何種化學反應。包含碳化合物的晶粒提供了碳分子如何形成的一個研究窗口，他們發(fā)現(xiàn)這些碳分子是在火星火山活動中形成的，并顯示火星在其歷史中多數(shù)時期存在著有機化學反應。斯蒂爾說：“這些發(fā)現(xiàn)顯示貫穿火星歷史時期碳分子存儲量持續(xù)減少，這類似于地球遠古時期。理解火星非生物、含碳大分子結構對于未來探測火星上是否存在生命至關重要。”1

來源火星受到小行星的巨大撞擊后，巖石碎塊逃逸火星引力，其中一部分進入了地球的引力范圍，最后隕落到地面成為火星隕石。迄今為止發(fā)現(xiàn)的火星隕石共15個，其中5個為降落型，6個發(fā)現(xiàn)于南極，4個發(fā)現(xiàn)于荒漠。火星隕石都是非球粒隕石，巖石類型包括：輝玻巖輝橄巖純橄巖斜方輝巖，超鎂鐵火成玄五巖，它們都是火星地質年代，約十幾億年前的火山活動與小行星的撞擊，產(chǎn)生的關聯(lián)，從火星地質算是亞馬遜記近代隕相活動。與1865年隕落到印度的休格地火星隕石是同一火星地質記年代，多為火成撞擊玄武巖橄欖石斑晶相態(tài)。

火星隕石“艾倫—希爾斯84001”在美國宇航局科學家利用高分辨率電子顯微鏡對做出的最新分析顯示，這塊隕石晶體結構中的大約25%確實是由細菌形成的。這一最新結論提供了迄今為止火星曾存在生命的最有力證據(jù)?！皝碜曰鹦堑纳圹E”又一次引起了全世界的關注。

熱分解假說不能解釋“艾倫—希爾斯84001”隕石中大部分磁鐵礦晶體的成因，加熱隕石成分的方法不能生成微磁鐵晶體?？茖W家們解釋說，純菱鐵礦加熱后可以轉化為純磁鐵礦，而“艾倫—希爾斯84001”隕石成分中含有碳酸鹽嵌入式純磁鐵礦，卻沒有純菱鐵礦的存在，而且從來沒有。2

價值香港正大國際藝術表示，隕石的價值由多個因素影響，包括隕石大小、罕見程度、來源地和構成。古特海因茨說，那些找到隕石的人應該找一位專家評估隕石。他們如果要出售隕石，必須得到一份證明隕石真實性的證書。古特海因茨說，大多數(shù)情況下，“億貝”網(wǎng)站是個出售隕石的好地方。不過，如果你有一塊大隕石，應該去一家拍賣行。拍賣行需要知道隕石來源地，會要求對隕石獨立分析。帕爾馬告訴俄新社記者：“最普通的一種為隕鐵石，一小塊隕鐵石可能賣到20美元。”他說，可以通過隕石構成推斷它的來源地。因此，如果一塊隕石的構成物質經(jīng)過推斷來自火星，這塊隕石的價值會飛漲，最高可以賣到每克670美元。俄新社報道，一塊名為達爾·加尼1058的月球巖石在美國一場拍賣會上以33萬美元價格售出。達爾·加尼1058重1.9公斤，于1998年在利比亞被人發(fā)現(xiàn)，是有記錄以來隕石交易的“標王”。一塊據(jù)信來自火星和木星之間小行星帶的隕石2006年在競拍網(wǎng)站“億貝”(eBay)上以9.3萬美元價格售出。這塊隕石重161公斤，在阿根廷發(fā)現(xiàn)。由于隕石的價格有利可圖，全球隕石交易的黑市“生意興隆”。古特海因茨1998年作為國家航空航天局專家參與一個代號為“月蝕”的行動，旨在抓捕出售假月巖的人。他在行動中發(fā)現(xiàn)一個人有真月巖并開價500萬美元。經(jīng)調查，“阿波羅17號”在月球采集到這塊月巖，由美國前總統(tǒng)理查德·尼克松贈與洪都拉斯政府。這塊月巖最終回到洪都拉斯政府手中。

研究自1962年以來，蘇聯(lián)、美國、日本、俄羅斯（和前蘇聯(lián)）和歐洲共發(fā)起30多次火星探測計劃。美國航天航空管理局（NASA）計劃于2008年發(fā)射火星取樣飛船，預期2016年返回。因此，火星隕石是目前人類獲得的唯一火星巖石樣品，十分稀少而珍貴。它能提供有關火星的物質組成、層圈結構、巖漿演化等方面的信息，是研究火星的重要途徑。據(jù)Rubin（2002）的隕石分類，隕石可分為球粒隕石、原始無球粒隕石、分異的無球粒隕石?；鹦请E石（SNCO）屬于分異的無球粒隕石，它們是火成的堆晶巖和玄武巖，包括4種主要巖石類型：輝玻無球粒隕石（Shergottites），輝橄無球粒隕石（Nakhlites），純橄無球粒隕石（Chassignite）和斜方輝巖質無球粒隕石（Orthopyroxenite）。其中輝玻無球粒隕石又進一步劃分為：玄武巖質輝玻無球粒隕石（Basaltic Shergottites，B-S）和二輝橄欖巖質輝玻無球粒隕石（Lherzolitic Shergottites，L-S）（McSweenand Treiman，1998），新近從玄武巖質輝玻無球粒隕石中將具有橄欖石斑晶的6個隕石（DaG476、SaU005、Dhofar019、NWA1068、NWA1195、NWA2046）和EETA79001A單獨劃分出來，并定名為橄欖石-斑狀玄武巖質火星隕石（Olivine-phyric Shergottites）（Anne，2002）3。

目前回收到的隕石中，火星隕石只有33個，其中Shergottites24個（17個B-S，7個L-S），nakhlites7個，Chassignite1個，Orthopyroxenite1個（表Ⅰ）。絕大多數(shù)為發(fā)現(xiàn)型，只有4個為降落型；12個來自南極藍冰地區(qū)，21個來自非南極地區(qū)，且主要來自沙漠。代表性的SNCO火星隕石發(fā)現(xiàn)很早（Shergotty，1865年8月25日在印度發(fā)現(xiàn)；Nakhla，1911年6月28日于埃及發(fā)現(xiàn)；Chassigny，1815年10月3日在法國發(fā)現(xiàn)；Orthopyroxenite，ALH84001，1984年于南極AllanHills發(fā)現(xiàn)），但確定其火星成因則經(jīng)過了長期的研究和爭論。早在1872年，Tschermak就認識到Shergotty隕石是在相對氧化的條件下形成的玄武巖?；谶@些SNCO隕石結晶年齡年青（除ALH84001為4.0－4.5Ga外，其余的火星隕石的年齡≤1.3Ga），許多學者認為它們來自火星（McSweenetal.，1979a；Nyquistetal.，1979；Walkeretal.，1979；WassonandWetherill，1979；WoodandAshwal，1981）。1982年，第一塊月球隕石的發(fā)現(xiàn)使人們相信SNCO隕石有可能來自火星。1983年，Bogard和Johnson在EETA 79001隕石（B-S）的沖擊熔融玻璃中發(fā)現(xiàn)了捕獲的Ar，Ar和其他稀有氣體、N2、CO2的同位素組成和相對豐度同火星大氣豐度明顯匹配（圖），人們才普遍認同這些隕石的火星成因。同時，Clayton和Mayeda （1983）發(fā)現(xiàn)火星隕石在氧的三同位素圖上形成亞群，其構成的分餾線與地球巖石和HED隕石明顯分離，位于TF線（地月分餾線）上方且平行于TF線。Becker和Pepin（1984）也發(fā)現(xiàn)氮同位素和N/Ar比值與“海盜”號飛船的測量結果一致，進一步證實了這些隕石的火星成因。

火星隕石起源于火星的主要證據(jù)有：

SNC隕石的結晶年齡很?。ā?.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火山的年齡（Woodand Ashwal，1981）；

EETA79001隕石玻璃中捕獲的CO2組分、N2及稀有氣體同位素組成，以及13C、12C值同火星大氣相一致（Bogardand Johnson，1983）；

在一些隕石中發(fā)現(xiàn)有含水硅酸鹽礦物如伊丁石、閃石存在，在ALHA77005的易變輝石的巖漿包裹體（Ikeda，1998）中發(fā)現(xiàn)有鈦閃石，Nakhla中有伊丁石存在（ReidandBunch，1975）；

在一些隕石中（如ALH84001）發(fā)現(xiàn)有地外成因的碳酸鹽（Romaneketal.，1994a，1995），而已知月球火成巖及小行星火成巖隕石實際上不含碳酸鹽；

“海盜號”和“火星探路者”對火星土壤的X射線熒光光譜分析結果與Shergotty隕石的全巖化學組成相當吻合，尤其是兩者的FeO含量幾乎相同（分別為19.7%和19.6%）；

高的fO2、特殊的18O/16O（△17O≈0.3‰）（ClaytonandMayeda，1996）和磷酸鹽中高的D/H比值（Leshinetal.，1996；Leshin，2000；Wastonetal.，1994）、復雜的REE配分模式，相似的FeO/MnO、K/La、K/U、W/La、Ga/La、Na/Al比，較其它無球粒隕石具有較高的揮發(fā)性元素含量（王道德，1995；王道德等，1999）。

目前，火星隕石的研究內容主要包括：

火星隕石的分類學、巖石礦物學、化學組成、磁性、光譜特征；

火星隕石的物質源區(qū)、熔融分異作用、母巖漿成分、熱變質作用、沖擊效應、輻射記錄和效應、次生蝕變等；

放射性、宇生同位素組成及年代學、穩(wěn)定同位素（H、O、S、C、N）及其他同位素組成（Xe、W、Hf、Re-Os）；

火星隕石同地球巖石、月球隕石及其他類型隕石的對比研究；

火星殼－幔－核的組成、結構、性質及巖漿活動，火星大氣圈的組成和演化、火星大氣圈和水圈、巖石圈的相互作用；

火星上可能存在的生命遺跡等。

當前國際上對火星隕石的研究存在的主要問題包括：

目前沒有直接取自火星的巖石樣品，只能通過對火星隕石進行研究，從而揭示火星的物質組成、結構及巖漿演化規(guī)律。人們回收到的火星隕石數(shù)量很少（33個）且大部分為堆積巖，某些巖石類型相同的火星隕石又具有基本相同的濺射年齡（N隕石為～11Ma，L-S隕石為～4Ma），很可能是同一撞擊事件的產(chǎn)物，因而火星隕石所代表的火星表面區(qū)域極少，限制了人們對火星的物質組成和母巖漿成分及演化規(guī)律的認識；

利用火星隕石中的低溫蝕變礦物（如含水礦物、粘土礦物、碳酸鹽、硫酸鹽等）研究火星表面的熱液體系和蝕變作用，并能為火星大氣的演化提供線索，但目前幾乎全部工作都集中于ALH84001，對其他火星隕石的次生礦物缺乏相應的系統(tǒng)而深入的研究；

火星隕石自火星上濺射出來而降落至地球上需要克服火星的強大引力，因此，大部分火星隕石都經(jīng)歷了非常強烈的沖擊變質作用，研究火星隕石時需要扣除疊加在巖漿作用之上的沖擊變質影響，但有關火星隕石沖擊效應的研究，目前主要局限于少數(shù)幾個隕石，對火星表面沖擊變質作用的研究有待于進一步的工作；

同位素年齡的測定提供了火星隕石形成和演化的時間標尺。某些同位素體系（如K-Ar、Rb-Sr等體系）由于受到強烈的沖擊變質作用而發(fā)生重置，造成同位素年齡的解釋長期存在爭議；

火星生命的爭論是當前火星隕石研究和火星探測的焦點。ALH84001隕石中存在有古老生命痕跡的證據(jù)，如低溫碳酸鹽瘤體、生物膜、PAHs等，但熱水溶液的實驗模擬（Goldenetal.，2000；McSweenetal.，1998）已經(jīng)觀察到Mg，Ca碳酸鹽發(fā)生無機沉淀可以產(chǎn)生ALH84001的碳酸鹽瘤體；

對火星隕石的反射波譜研究，將對正確解釋火星探測器和飛船的大量遙感數(shù)據(jù)有重要的參考價值。

樣本艾倫—希爾斯84001科學家們認為“艾倫—希爾斯84001”中磁鐵礦成分不是來自于碳酸鹽，而來自于另外一個過程。對比地球上的現(xiàn)象，與在“艾倫—希爾斯84001”隕石中磁鐵礦成分相同的磁鐵礦晶體大多數(shù)由超磁細菌制造，因此通過生物模式得到是可行的。科學家們應用最新的高分辨率電子顯微鏡得到的新分析顯示，“艾倫—希爾斯84001”隕石的磁鐵礦晶體結構中約有25%是由細菌形成的。

美國新墨西哥大學等機構研究人員3日報告說，經(jīng)過約一年的詳細分析，他們確認此前發(fā)現(xiàn)的一顆火星隕石屬于全新類型。

這顆隕石名為“西北非7034”，重約320克，2011年發(fā)現(xiàn)于北非國家摩洛哥的沙漠地帶，歷史可以追溯到21億年前，即火星地質史上的早期亞馬遜時代。

根據(jù)火星表面單位面積上撞擊坑的數(shù)量由多至少，火星地質史分為三個主要時間段，分別為挪亞紀、赫斯伯利亞紀和亞馬遜紀。目科學界關于三個時代的具體分野仍有分歧，其中一種說法認為，挪亞紀為火星形成之初即45億年起前至37億年前，赫斯伯利亞紀為37億年前至30億年前，亞馬遜紀為30億年前至今。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這顆隕石與來自火星的其他隕石相比非常獨特。首先，地球上共發(fā)現(xiàn)100多顆火星隕石，它們大多形成于距今4億至兩億年前，而這顆隕石的時間要早得多。

其次，這顆隕石的含水量約為6000ppm（1ppm為百萬分之一），比大多數(shù)火星隕石的含水量多出10倍。這些水可能源于某個近表面的蓄水層，意味著火星表面與水有關的活動可能一直持續(xù)到早期亞馬遜時代。

種種跡象顯示，這顆隕石與美國航天局火星探測器分析的火星表面巖石非常相近，它很可能源自火星外殼。此外，該隕石還包含一種獨特的氧同位素，這為火星殼內存在多個氧同位素儲庫的說法提供了佐證。

相關研究成果3日發(fā)表在美國《科學快訊》網(wǎng)站上。研究人員表示，這些發(fā)現(xiàn)可能會對許多長期以來流行的火星地質學概念提出挑戰(zhàn)。4