玻陨石

撞击下物质熔融凝结产生的玻璃

玻陨石，全称玻璃陨石。玻璃陨石是地外物体剧烈撞击地球时，地表靶物质熔融后快速凝结的天然玻璃。地表发现的玻璃陨石多呈块状，棕黑色到浅绿色，一般为厘米级大小，表面多具空气动力学熔蚀刻痕。长期的研究证明，玻璃陨石在化学和结构特征上与地球火山玻璃具有明显的区别，不是地质作用的产物。

名称来源

由于玻璃陨石在很多特征上与火山玻璃相似，故早期曾被称为黑曜岩。1900年F.E.Suess据其熔融的特征，由希腊语“τηχτοξ”（意谓“熔融”）将之转译命名为英语“Tektite”，并一直沿用至今。本世纪初，由于这种天然玻璃被认为是地外成因的，也曾被称为“Glasys Mete-orite”，“玻璃陨石”这一中文译名即源于此。

研究历程

人类对玻璃陨石的认识可追溯到几万年以前。从墓葬的发掘与考古中发现，远古时期，人类用玻璃陨石这种天然玻璃作为武器、工具、饰物甚至护身符。近代，在欧洲，珠宝商人曾将之作为宝石而广泛收集。早在10世纪中叶，我国唐朝的刘询在其所著的《岭表录异》中就对“雷公墨”（玻璃陨石的古称）作过描述，这是公认的历史上有关玻璃陨石的最早的文字记载圈。近代的科学文献中，第一篇论述玻璃陨石的文章是由Mayer于1787年完成的。1844年，进化论的创始人Darwin在他的环球旅行中，对纽扣状澳大利亚玻璃陨石进行了考察和科学的描述，并认为它是一种火山玻璃。从18世纪到19世纪末，只有大约40篇论述莫尔达维石（分布在东欧波西米亚和摩拉维亚一带的玻璃陨石）的文章相继发表。本世纪初，对玻璃陨石的研究从一般的描述更多的到了化学组成方面。玻璃陨石真正的科学研究始自本世纪40年代，Barnes对玻璃陨石进行了系统的收集和分类。之后，对玻璃陨石作了散落群的划分、化学成分的分析和成因的讨论。60年代，由干登月计划的需要，对玻璃陨石和微玻璃陨石进行了最全面、最深入、最详细和最系统的研究，并一直持续到70年代，这期间发表了大量有关玻璃陨石的论文，“Geochimie and Cosmochimie Acta”还分别于1964年和1969年为玻璃陨石研究出版了两期专刊，一系列专著也问世了，对玻璃陨石的认识已达到了相当高的地步。80年代以来，玻璃陨石研究进入综合性研究阶段，主要探讨玻璃陨石的分布范围和形成方式，玻璃陨石事件与其他地质事件的内在关系，尤其是对地球古气候的影响，并试图得出一个统一的成因模式。

成因的争论

对玻璃陨石成因的争论一直贯穿于玻璃陨石的整个研究历史中。古代关于玻璃陨石成因的认识，有的充满了神奇的想像和神秘的宗教色彩，有的反映了素朴的自然观，如玻璃陨石的希腊原文的原意为“熔融”，我国琼州半岛地区的居民称之为“雷公墨”，这些名称都在一定程度上客观地反映了对玻璃陨石成因的认识。在欧洲，直到19世纪和20世纪初，科学家们的注意力只限于莫尔达维石，而其产地正是欧洲玻璃制造业最发达的地区，因此这一时期他们争论的焦点是，这些玻璃是人工的还是天然的。

当人们认识到玻璃陨石不是人工玻璃后，作为天然产物，地球火山成因说显然是其第一选择。但研究发现，玻璃陨石与火山玻璃（如黑曜岩）在化学成分和结构特征上有很大的差别，因此玻璃陨石的地球火山成因说逐渐退出历史舞台。与此同时，对玻璃陨石成因还提出过其它一些观点，比如：认为是石陨石消融产物（Hardcastle，1926）；闪电时地表土壤熔融而形成的闪电熔岩；是由陨石与地球卫星碰撞而形成的硅质凝胶在腐殖酸的作用下干燥而成的；是彗尾在空气中氧化形成的（Goldschmidt，1924）；甚至认为是反物质的陨落。这些观点都因缺乏基本的科学证据，且与玻璃陨石的基本特征不符而被摈弃。

40年代以来，玻璃陨石的全面收集和全球调查，使研究工作进入了一个真正科学的年代。特别是60年代，由于登月计划的实施，这一研究进入了高潮，对其成因的认识也提高到一个新的高度。其间对成因的争论，集中在两个对立的学说：即地球成因说——玻璃陨石是地外物体撞击地球时，地表岩石熔融、溅射，经迅速冷却而成的，如陨石冲击地球说和彗星冲击地球说；月球成因说——玻璃陨石是月球火山喷发或受天体撞击时，产生的熔融物进入地月空间后，被地球重力场俘获而落到地表，如月球火山喷出说和陨石冲击月球说。

近半个世纪以来，对玻璃陨石进行了广泛而详细研究，包括地理分布、化学成分、同位素、宇宙射线暴露历史、包裹体等所有的特征和证据，都不支持月球成因说。因此，现今被广泛接受的学说是撞击地球成因说，即玻璃陨石是地外物体撞击地球时地表物质熔融的产物。支持这一学说的关键证据有:

（1）地理分布：玻璃陨石在地表的分布不是广泛而随机的，而限定在特定的地理范围，这是月球成因说难以解释的。

（2）化学成分：玻璃陨石的主要元素含量与月球样品截然不同，而与地球岩石，尤其是砂岩类岩石相似；某些特征微量元素和元素比值也有别于月球物质，而落在地球物质的范围内;玻璃陨石的稀土元素含量和配分模式与地球物质相似，而明显不同于月球样品。这些证据说明玻璃陨石的母源物质是地球岩石而不是月球物质。

（3）同位素组成：玻璃陨石的δD、δ18O、207Pb/204Pb、Rb-Sr、Sm-Nd同位素特征与地球岩石，甚至某些撞击坑岩石一致，而与月球物质存在极大差异，说明其母源物质是地球岩石。

（4）宇宙射线暴露历史：玻璃陨石的宇宙成因核素（26Al、10Be、56Mn）含量极低，证明它们没有经历过地外空间的宇宙射线照射，它们应是地球撞击熔融的产物。

（5）包裹体成分:玻璃陨石中气体包裹体成分的测定表明气泡主要由O2、N2和CO2组成，且具有大气成分的比值，说明它们是在地球大气环境中形成的。

虽然地球成因说取得了最终胜利，但是关于玻璃陨石成因的问题并没有完全解决。这些悬而未决的问题包括:

（1）撞击体类型:彗星抑或小流星体?

（2）地质时代越老，撞击事件发生的频率越高。为什么现今发现的玻璃陨石最老的年龄只有约34～36Ma。如果玻璃陨石是撞击事件的产物，为什么古老的撞击事件没有留下玻璃陨石?是不是玻璃陨石的形成受撞击方式和规模，尤其是靶岩性质的影响?

（3）玻璃陨石的源坑和源区特征:通过玻璃陨石与撞击熔岩、稀土元素、形成年龄及某些同位素的对比研究，发现Moldavites与Ries坑，象牙海岸玻璃陨石与Bosutwi坑存在成因上的联系，但除此之外没有更进一步的证据。因此，玻璃陨石的源坑和源区特征一直未有定论。

（4）撞击坑与玻璃陨石的关系:地球表面分布着约160多个撞击坑，直径从几米到上百公里，成坑年龄从1Ma～2Ga，撞击靶岩包括地表的各种土壤岩石类型，但除Zhamanshin和通古斯彗星撞击外，其余撞击坑都没有发现与之有关的、与玻璃陨石成分相似的、分布较广的玻璃物质。这一现象说明玻璃陨石形成方式较特殊，可能受撞击方式和靶岩类型（成分）的制约。

（5）产生玻璃陨石的撞击坑和其母源物质成分，是长期以来最令人困感的问题，也是解决玻璃陨石成因的最关键因素。但（微）玻璃陨石分布最广、研究程度最深的北美群和澳亚群的源坑却一直毫无线索。

针对这些问题，近年来不少学者，相继提出了玻璃陨石成因的彗星撞击模式。Barnes认为，澳亚群玻璃陨石是由一颗彗星从东南方撞击而形成的，当彗星撞击地球时首先是彗发压迫地球大气和地表物质，并可能在大气圈形成一个暂时性的空洞。彗核和彗发撞击地球，产生熔体溅射，沉降于地表，在空气中飞行过程中，玻璃陨石的飞行前部发生了重熔。Wasson根据Muong-Nong型玻璃陨石的地球化学特征，认为澳亚群玻璃陨石的源坑是位于东南亚半岛上的多个撞击坑，而这种撞击坑最可能的形成方式是彗星撞击。

分布特征

迄今为止，只发现了4个玻璃陨石群，因为它们分布在不同的区域，所以称为玻璃陨石散落区（Tektite Strewnfield）。它们分别是：北美散落区（包括得克萨斯州的Bediasites和佐治亚州的Geogria tektites）、莫尔达维石散落区（包括波西米亚和摩拉维亚两个主要产地）、象牙海岸散落区和澳大利亚一东南亚散落区，它们较公认的形成年龄分别为34±1，14±1，1、3±0.2和0.7Ma。每个玻璃陨石群代表了不同的地外物体撞击事件。

除以上的4个玻璃陨石群外，人们还在其他一些孤立的地理范围，极其局限的地点发现了与玻璃陨石成分相似的玻璃物质，它们在成因上被认为可能与撞击事件有关，但在归属上仍有很大的争论。这些玻璃物质包括：

（1）Zhamnashin撞击坑周围的玻璃物质（Irghizites）和撞击熔岩（Zhamanshinites），及附近河流沉积物中年龄相当的微玻璃球粒（Mieroirghizites）;

（2）古巴“玻璃陨石”。其成分和年龄与Bediasites相当;

（3）利比里亚沙漠玻璃。淡黄绿色，块状，其成分较单一，SiO2含量达98%;

（4）西南非洲“玻璃陨石”;

（5）Louisiana“玻璃陨石”，其化学成分和年龄与东南亚玻璃陨石，而不是与邻近的北美玻璃陨石相似。

岩石学特征

一般呈块状、不规则状、哑铃状、液滴状和纽扣状，比重为2.32-2.5g/mm3，折射率为1.48-1.52，且折射率值与SiO2含量呈负相关关系；颜色以棕黑色和深绿色为主，大多数玻璃陨石发育流动构造，有异离体，焦石英和气孔，凹坑及各种刻蚀痕迹。除Muong Nong型层状玻璃陨石外，大多数玻璃陨石所含包体矿物极少，Muong Nong型玻璃陨石所含的微粒矿物包体中，有些被证明是撞击母体的残留物。

化学类型

在4个玻璃陨石群中，以澳-亚玻璃陨石获得的分析数据最多，研究程度最为详尽，并提供了最多的化学演化和成因信息。澳亚玻璃陨石的化学成分变化是有规律的，除普通型（Normal）外，据化学成分还可划分出几个特殊的化学类型:

（1）普通型（Normal）:为主要化学类型;

（2）高Ca型:CaO含量可达10%，主要分布在澳大利亚Tasmania西北到Henbury及菲律宾Luzon;

（3）高Na型:MgO含量可高达8%，且与SiO2含量呈负相关关系，主要分布在澳大利亚中部，印度尼西亚和菲律宾;

（4）高Na/K型:其化学成分以显著高的Na/K比值区别于其他玻璃陨石，因为一般玻璃陨石中，Na/K<1，而该群Na/K>1;

（5）高Al型:Al2O3含量>15%，主要分布在澳大利亚、菲律宾和象牙海岸。

北美玻璃陨石分为分布在得克萨斯州的贝迪亚斯石（Bediasiets）和佐治亚州的佐治亚石（Georgia tektites），其中佐治亚玻璃陨石含SiO2较高，而Al2O3和FeO则明显低于贝迪亚斯石。莫尔达维石（Moldavites）的化学成分表明，它至少由两种组分混合而成：泥质岩石（如页岩）和钙质岩石。象牙海岸群玻璃陨石的化学成分数据相对较少，其中，最明显的化学成分差别是，象牙海岸玻璃陨石的Na2O/K2O值接近1，而其他群的Na2O/K2O值<1。

中国的研究

我国有关于玻璃陨石的最古老的文字记载，但我国学者对玻璃陨石的科学研究起步较晚。1963年，李达明首次对海南岛和雷州半岛的玻璃陨石进行了实地考察和样品收集，但系统、全面的科学研究则始自70年代后期。

1976年，欧阳自远对海南岛玻璃陨石进行了微量元素分析，得出了我国第一批有价值的分析数据，并把海南岛玻璃陨石划归澳大利亚-东南亚撒布区，解决了海南岛（雷州半岛）玻璃陨石的归属等基本问题。

我国对玻璃陨石最为系统、全面的研究和论述见于欧阳自远所著《天体化学》，它以详实的资料和数据，综合论述了玻璃陨石的分布、岩石学特征、化学成分、同位素组成、形成年龄及成因论据。袁宝印和许汉卿对海南岛和琼州地区的玻璃陨石进行过化学成分测定和成因的讨论。李斌对世界各地的玻璃陨石进行了年代学、化学组成和成因的研究，分析样品涵盖了已发现的所有玻璃陨石群，尤其是对9个中国玻璃陨石的探针分析、中子活化和裂变径迹测年工作，取得了中国玻璃陨石系统的分析数据，是迄今对中国玻璃陨石最全面的研究。

玻璃陨石的研究，带动了中子活化，尤其是裂变径迹测年方法等分析技术在我国的开展、应用和发展。1976年，中国科学院原子能研究所和地球化学研究所用裂变径迹法对玻璃陨石的形成年龄进行了测定。其后，严正和刘顺生获得了海南岛和琼州地区玻璃陨石裂变径迹年龄的系统数据，其年龄值的精度远远高于国外同行的分析数据，并与其他测年方法（K-Ar法）的数据吻合。

此外，我国学者对玻璃陨石的形成条件和鉴定特征做了一些富有特色的研究工作，并提出了一些富有创建性的成因观点。1989年，林文祝和欧阳自远根据熔体在核爆炸产生的非平衡条件下的化学成分特性，提出玻璃陨石是由靶岩各组成岩石混合熔融而成，证实了核爆炸玻璃与玻璃陨石在形成方式上的一致性，并认为澳亚玻璃陨石群存在着4个不同的源岩和源坑。林文祝等人利用红外光谱法，对火山玻璃、核爆炸玻璃和玻璃陨石的水含量进行了对比研究，提出了玻璃陨石的特征谱线和鉴定特征。林文祝利用热释光技术对火山玻璃、核爆炸玻璃和玻璃陨石进行了对比研究，指出冲击玻璃与火山玻璃热历史的截然区别。林文祝等人和李春来根据（微）玻璃陨石的年龄、分布、成分、同位素组成和空气动力学特征等，探讨了玻璃陨石的成因和源区特征，提出彗星撞击是玻璃陨石形成的最有可能的方式。

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