[科普中國(guó)]-火星隕石

簡(jiǎn)介

自從“好奇號(hào)”登上火星之后，人類對(duì)火星的探索進(jìn)入了一個(gè)新的里程，而在火星隕石中發(fā)現(xiàn)構(gòu)成生命的有機(jī)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(xué)反應(yīng)所致，所以還需要進(jìn)一步確認(rèn)。

包含大量碳鏈和氫鏈的分子是地球生命的構(gòu)成元素，也是火星任務(wù)的主要目標(biāo)之一，這對(duì)于理解生命是否存在于火星至關(guān)重要。

碳鏈和氫鏈的分子是地球生命的構(gòu)成元素，這些分子曾發(fā)現(xiàn)于來(lái)自火星的隕石中，但是科學(xué)家對(duì)這些火星隕石的來(lái)源持不同觀點(diǎn)。卡內(nèi)基學(xué)會(huì)的安德魯-斯蒂爾負(fù)責(zé)這項(xiàng)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(jìn)一步洞悉火星上出現(xiàn)的化學(xué)反應(yīng)，并有助于解釋遠(yuǎn)古或者現(xiàn)代火星生命存在的證據(jù)。這項(xiàng)研究報(bào)告發(fā)表在2013年5月24日出版的《科學(xué)快報(bào)》上。

科學(xué)家們鮮有共識(shí)大型碳分子起源于現(xiàn)已探測(cè)到的火星隕石，碳分子起源的理論包括來(lái)自地球或者其它隕石的污染物，它們可能是火星化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果，或者是遠(yuǎn)古火星生物體殘骸。斯蒂爾帶領(lǐng)的研究小組檢測(cè)了11號(hào)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(zhì)微粒中。

使用一系列復(fù)雜的研究技術(shù)，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(lái)自地球的污染物質(zhì)。之后研究小組觀測(cè)研究隕石中與其它礦物質(zhì)有關(guān)的碳分子，從而洞悉這些碳分子樣本在抵達(dá)地球之前曾經(jīng)歷過(guò)何種化學(xué)反應(yīng)。包含碳化合物的晶粒提供了碳分子如何形成的一個(gè)研究窗口，他們發(fā)現(xiàn)這些碳分子是在火星火山活動(dòng)中形成的，并顯示火星在其歷史中多數(shù)時(shí)期存在著有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。斯蒂爾說(shuō)：“這些發(fā)現(xiàn)顯示貫穿火星歷史時(shí)期碳分子存儲(chǔ)量持續(xù)減少，這類似于地球遠(yuǎn)古時(shí)期。理解火星非生物、含碳大分子結(jié)構(gòu)對(duì)于未來(lái)探測(cè)火星上是否存在生命至關(guān)重要?！?

來(lái)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(jìn)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(gè)，其中5個(gè)為降落型，6個(gè)發(fā)現(xiàn)于南極，4個(gè)發(fā)現(xiàn)于荒漠?；鹦请E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(zhì)年代，約十幾億年前的火山活動(dòng)與小行星的撞擊，產(chǎn)生的關(guān)聯(lián)，從火星地質(zhì)算是亞馬遜記近代隕相活動(dòng)。與1865年隕落到印度的休格地火星隕石是同一火星地質(zhì)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(guó)宇航局科學(xué)家利用高分辨率電子顯微鏡對(duì)做出的最新分析顯示，這塊隕石晶體結(jié)構(gòu)中的大約25%確實(shí)是由細(xì)菌形成的。這一最新結(jié)論提供了迄今為止火星曾存在生命的最有力證據(jù)?！皝?lái)自火星的生命痕跡”又一次引起了全世界的關(guān)注。

熱分解假說(shuō)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(xué)家們解釋說(shuō)，純菱鐵礦加熱后可以轉(zhuǎn)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(méi)有純菱鐵礦的存在，而且從來(lái)沒(méi)有。2

價(jià)值香港正大國(guó)際藝術(shù)表示，隕石的價(jià)值由多個(gè)因素影響，包括隕石大小、罕見(jiàn)程度、來(lái)源地和構(gòu)成。古特海因茨說(shuō)，那些找到隕石的人應(yīng)該找一位專家評(píng)估隕石。他們?nèi)绻鍪垭E石，必須得到一份證明隕石真實(shí)性的證書(shū)。古特海因茨說(shuō)，大多數(shù)情況下，“億貝”網(wǎng)站是個(gè)出售隕石的好地方。不過(guò)，如果你有一塊大隕石，應(yīng)該去一家拍賣行。拍賣行需要知道隕石來(lái)源地，會(huì)要求對(duì)隕石獨(dú)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?！彼f(shuō)，可以通過(guò)隕石構(gòu)成推斷它的來(lái)源地。因此，如果一塊隕石的構(gòu)成物質(zhì)經(jīng)過(guò)推斷來(lái)自火星，這塊隕石的價(jià)值會(huì)飛漲，最高可以賣到每克670美元。俄新社報(bào)道，一塊名為達(dá)爾·加尼1058的月球巖石在美國(guó)一場(chǎng)拍賣會(huì)上以33萬(wàn)美元價(jià)格售出。達(dá)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(lái)隕石交易的“標(biāo)王”。一塊據(jù)信來(lái)自火星和木星之間小行星帶的隕石2006年在競(jìng)拍網(wǎng)站“億貝”(eBay)上以9.3萬(wàn)美元價(jià)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(jià)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(guó)家航空航天局專家參與一個(gè)代號(hào)為“月蝕”的行動(dòng)，旨在抓捕出售假月巖的人。他在行動(dòng)中發(fā)現(xiàn)一個(gè)人有真月巖并開(kāi)價(jià)500萬(wàn)美元。經(jīng)調(diào)查，“阿波羅17號(hào)”在月球采集到這塊月巖，由美國(guó)前總統(tǒng)理查德·尼克松贈(zèng)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(lái)，蘇聯(lián)、美國(guó)、日本、俄羅斯（和前蘇聯(lián)）和歐洲共發(fā)起30多次火星探測(cè)計(jì)劃。美國(guó)航天航空管理局（NASA）計(jì)劃于2008年發(fā)射火星取樣飛船，預(yù)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(guān)火星的物質(zhì)組成、層圈結(jié)構(gòu)、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(wú)球粒隕石、分異的無(wú)球粒隕石?；鹦请E石（SNCO）屬于分異的無(wú)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(wú)球粒隕石（Shergottites），輝橄無(wú)球粒隕石（Nakhlites），純橄無(wú)球粒隕石（Chassignite）和斜方輝巖質(zhì)無(wú)球粒隕石（Orthopyroxenite）。其中輝玻無(wú)球粒隕石又進(jìn)一步劃分為：玄武巖質(zhì)輝玻無(wú)球粒隕石（Basaltic Shergottites，B-S）和二輝橄欖巖質(zhì)輝玻無(wú)球粒隕石（Lherzolitic Shergottites，L-S）（McSweenand Treiman，1998），新近從玄武巖質(zhì)輝玻無(wú)球粒隕石中將具有橄欖石斑晶的6個(gè)隕石（DaG476、SaU005、Dhofar019、NWA1068、NWA1195、NWA2046）和EETA79001A單獨(dú)劃分出來(lái)，并定名為橄欖石-斑狀玄武巖質(zhì)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(gè)，其中Shergottites24個(gè)（17個(gè)B-S，7個(gè)L-S），nakhlites7個(gè)，Chassignite1個(gè)，Orthopyroxenite1個(gè)（表Ⅰ）。絕大多數(shù)為發(fā)現(xiàn)型，只有4個(gè)為降落型；12個(gè)來(lái)自南極藍(lán)冰地區(qū)，21個(gè)來(lái)自非南極地區(qū)，且主要來(lái)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(guó)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(guò)了長(zhǎng)期的研究和爭(zhēng)論。早在1872年，Tschermak就認(rèn)識(shí)到Shergotty隕石是在相對(duì)氧化的條件下形成的玄武巖?；谶@些SNCO隕石結(jié)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(xué)者認(rèn)為它們來(lái)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(lái)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(duì)豐度同火星大氣豐度明顯匹配（圖），人們才普遍認(rèn)同這些隕石的火星成因。同時(shí)，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(gòu)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(hào)飛船的測(cè)量結(jié)果一致，進(jìn)一步證實(shí)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(jié)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(shí)際上不含碳酸鹽；

“海盜號(hào)”和“火星探路者”對(duì)火星土壤的X射線熒光光譜分析結(jié)果與Shergotty隕石的全巖化學(xué)組成相當(dāng)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(fù)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(wú)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?jī)?nèi)容主要包括：

火星隕石的分類學(xué)、巖石礦物學(xué)、化學(xué)組成、磁性、光譜特征；

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

放射性、宇生同位素組成及年代學(xué)、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(duì)比研究；

火星殼－幔－核的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及巖漿活動(dòng)，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(dāng)前國(guó)際上對(duì)火星隕石的研究存在的主要問(wèn)題包括：

目前沒(méi)有直接取自火星的巖石樣品，只能通過(guò)對(duì)火星隕石進(jìn)行研究，從而揭示火星的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)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(gè)）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(duì)火星的物質(zhì)組成和母巖漿成分及演化規(guī)律的認(rèn)識(shí)；

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(duì)其他火星隕石的次生礦物缺乏相應(yīng)的系統(tǒng)而深入的研究；

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

同位素年齡的測(cè)定提供了火星隕石形成和演化的時(shí)間標(biāo)尺。某些同位素體系（如K-Ar、Rb-Sr等體系）由于受到強(qiáng)烈的沖擊變質(zhì)作用而發(fā)生重置，造成同位素年齡的解釋長(zhǎng)期存在爭(zhēng)議；

火星生命的爭(zhēng)論是當(dāng)前火星隕石研究和火星探測(cè)的焦點(diǎn)。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(shí)驗(yàn)?zāi)M（Goldenetal.，2000；McSweenetal.，1998）已經(jīng)觀察到Mg，Ca碳酸鹽發(fā)生無(wú)機(jī)沉淀可以產(chǎn)生ALH84001的碳酸鹽瘤體；

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

樣本艾倫—希爾斯84001科學(xué)家們認(rèn)為“艾倫—希爾斯84001”中磁鐵礦成分不是來(lái)自于碳酸鹽，而來(lái)自于另外一個(gè)過(guò)程。對(duì)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(xì)菌制造，因此通過(guò)生物模式得到是可行的?？茖W(xué)家們應(yīng)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(jié)構(gòu)中約有25%是由細(xì)菌形成的。

美國(guó)新墨西哥大學(xué)等機(jī)構(gòu)研究人員3日?qǐng)?bào)告說(shuō)，經(jīng)過(guò)約一年的詳細(xì)分析，他們確認(rèn)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(guó)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(zhì)史上的早期亞馬遜時(shí)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(zhì)史分為三個(gè)主要時(shí)間段，分別為挪亞紀(jì)、赫斯伯利亞紀(jì)和亞馬遜紀(jì)。目科學(xué)界關(guān)于三個(gè)時(shí)代的具體分野仍有分歧，其中一種說(shuō)法認(rèn)為，挪亞紀(jì)為火星形成之初即45億年起前至37億年前，赫斯伯利亞紀(jì)為37億年前至30億年前，亞馬遜紀(jì)為30億年前至今。

研究人員發(fā)現(xiàn)，這顆隕石與來(lái)自火星的其他隕石相比非常獨(dú)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(shí)間要早得多。

其次，這顆隕石的含水量約為6000ppm（1ppm為百萬(wàn)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(gè)近表面的蓄水層，意味著火星表面與水有關(guān)的活動(dòng)可能一直持續(xù)到早期亞馬遜時(shí)代。

種種跡象顯示，這顆隕石與美國(guó)航天局火星探測(cè)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(dú)特的氧同位素，這為火星殼內(nèi)存在多個(gè)氧同位素儲(chǔ)庫(kù)的說(shuō)法提供了佐證。

相關(guān)研究成果3日發(fā)表在美國(guó)《科學(xué)快訊》網(wǎng)站上。研究人員表示，這些發(fā)現(xiàn)可能會(huì)對(duì)許多長(zhǎng)期以來(lái)流行的火星地質(zhì)學(xué)概念提出挑戰(zhàn)。4