大量陨石组成的分析资料表明,陨石中分布最广泛的化学元素是:O、Fe、Si、Mg、Ni、S、Al、Ca等,其比值取决于陨石的矿物组成。除含有那些存在于地球上的已知元素外,陨石中不含其他元素。地球上已知的元素,在陨石中都发现了。陨石中的矿物成分比地球上岩石中的简单得多,地球岩石中已发现有 3000 多种矿物 (Perkins,1998),而陨石中只鉴定出约80 种矿物。在陨石中发现的大多数普通矿物通常也在地球上出现,但在陨石中发现的大约有24 种矿物至今尚未在地球上的岩石中找到 (格拉斯,1986)。
在天体化学和地球化学中,球粒陨石占据着独特的地位,它们是判定绝大多数地球化学作用效能的基准。理由很简单,在所有可以直接进行研究的已知物质中,球粒陨石的组成与太阳的组成最为匹配 (图1-6)。Cameron (1973 )认为,Ⅰ型碳质球粒陨石未经受热变质作用的影响,形成于远离太阳的较低温的区域,是最原始的太阳星云凝聚物质。还由于球粒陨石是唯一的未发生过熔融和分异的陨石,因而能保持太阳星云中非挥发性元素的初始浓度。而发生过熔融和分异作用的陨石,如无球粒陨石,在陨石元素丰度与太阳元素丰度对比图上,大多数投点远离对角线,意味着除球粒陨石之外的其他陨石的组成与太阳和太阳星云的组成有显著差异 (Zanda et al.,2001)。
图1-6 CI 碳质球粒陨石元素丰度 (原子数/106 Si)与太阳元素丰度 (原子数/106 Si)对比
(据 Norton,2002)
图1-6 比较了太阳与CI球粒陨石的元素丰度,二者都对 106 硅原子进行标准化。对角线是太阳非挥发性元素的丰度,CI 球粒陨石中非挥发性元素的丰度数据基本沿着该线散布,证明原始球粒陨石的化学组成与太阳的化学组成特别相称。大多数石陨石相对于太阳亏损挥发性元素C、H、O和N,因此这些元素的位置处在图的上部 (Norton,2002)。
大多数陨石组的鉴别特征是直接或间接地以它们的整体化学成分差异为基础。这种差异最明显地表现在金属/硅酸盐比值上,该比值将铁陨石、石铁陨石和石陨石这三大组分分开。由于铁陨石和石铁陨石组的成分如此极端,以致除特殊的研究外,它们的全岩化学成分分析结果无多大意义。许多无球粒陨石的情况也是这样,由于它们是强分异的岩石,所以它们几乎是单矿物岩 (米勒等,1982)。
球粒陨石组内化学成分的变化是最令人感兴趣和最有意义的。就非挥发金属的丰度来说,作为整体的球粒陨石通常是均一的陨石组,而不同类型的球粒陨石,就它们铁的氧化程度来看,彼此明显不同。普赖尔 (1916)将这些关系表述为:“在球粒陨石质的石陨石中,镍-铁含量愈小,它就愈富镍,而镁硅酸盐就愈富铁”。表1-10 为主要类型球粒陨石的整体化学分析结果,由表可知,其中金属含量的不变性十分突出,但全铁量仍有不大但显著的差异,由此分出高铁组 (H )和低铁组 (L)。
表1-10 不同球粒陨石组的代表性分析结果 单位:wB/%
*Wiik将所有的 S报道为 FeS,但这里给出的是 S,相应地 Fe被报道为 FeO。 (据米勒等,1982)
作为一个整体的球粒陨石,非挥发元素显示出巨大的均一性,而对于 Se、Ag、Ga、Pb、Tl、Bi、Hg,以及In等挥发性痕量元素来说,并不保持这一特点。实际上从Ⅰ型碳质球粒陨石到普通球粒陨石,这些元素是逐渐亏损的。研究表明,作为一个整体的球粒陨石,它们的主要非挥发金属的含量显著地均一,它们的化学组成与太阳和太阳系接近一致。但是微量的挥发性元素大概发生了相当大的分离作用,以致相对于太阳的元素丰度,除了I型碳质球粒陨石外,都稍有亏损。
对碳质球粒陨石化学组成的分析大多数是基于Orgueil的 (图1-7 ,表1-11 ),这是因为Orgueil是最大的CI球粒陨石,其物质容易获得并用于分析。CI 球粒陨石的化学组成是认定CI球粒陨石是作为原始或未分异物质的基础。CI 球粒陨石含有成分可变的毫米至亚毫米级显微碎屑的显微角砾岩。晚阶段裂隙被碳酸盐、水合钙镁硫酸盐充填,证明有低温作用影响了球粒陨石。CI 球粒陨石中没有球粒,几乎完全由含有一些磁铁矿的极细粒水合硅酸盐组成。球粒陨石中也经常发现橄榄石和辉石等高温相矿物,特征是含有碳的有机化合物分子,并且主要由含水硅酸盐组成。碳质球粒陨石虽然十分稀少,但在探讨太阳系元素丰度方面却具有特殊的意义。
图1-7 在法国Mountauban的Orgueil发现的一个CI碳质球粒陨石
(Norton,2002)
黑色熔化外壳与内部有磁铁矿穿插的似黏土状矿物混杂在一起,白色区域为水化碳酸盐和硫酸盐矿物。样品长 20mm,质量为 2.39g
表1-11 CI 碳质球粒陨石元素的丰度
续表
续表
(据McDonough et al.,1995)
球粒陨石是石陨石中最原始的物质，由硅酸盐（主要是橄榄石和低钙辉石）、铁的硫化物和铁－镍金属合金的混和物组成
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