宇宙矿物学

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第659页（4555字）

是研究地球外固态物质发展变化规律的科学。

它研究地球外的固态物质组成、含量变化和分布特征，并与地球相比较，探索它们之间的成因联系。如I型碳质球粒陨石代表着原始太阳系的成分。

人们获得对地球外物质认识的主要途径有：对地球外发光物质的光谱分析，包括对星光、太阳光、宇宙射线和射电辐射的综合分析；太阳飞行和行星探测；月球取样，研究月岩、月壤和月岩矿物。；研究宇宙间来的物质(陨石和宇宙尘)。

物质(元素)的集聚决定于物质本身的性质和当时的环境条件，而物质的性质又取决于原子(离子)的构造。矿物形成是地质时期的过程，形成矿物之后，开始了地质的演化，故宇宙矿物中就记录着宇宙发生、发展和演化的历史，是人类认识宇宙的一个重要途径。

宇宙矿物学研究属天体演化的课题范畴。众所周知，天体演化、生命起源和基本粒子是当代3大基础理论研究课题。

宇宙矿物学的内容包括：陨石矿物学、月球矿物学和宇宙尘等问题的研究。

陨石矿物学研究 陨石分为3类：石陨石，石铁陨石，铁陨石(陨铁)。在石陨石中，又有球粒陨石和无球粒陨石之分。世界上已收集到的陨石标本，依是否知道陨落时间而分两类进行统计，知道陨落时间者为Falls，不知道陨落时间者为Finds。

知道陨落时间者以石陨石为最多，在现有的石陨石中，以H型和L型球粒陨石为最多；在现有的铁陨石中，以八面体式陨铁为最多。

现有的陨石标本数目中，以球粒陨石为最多，约占84．6%，无球粒陨石约占8．3%，铁陨石约5．7%，石铁陨石约占1．4%。以化学组成而论，铁陨石全部为铁镍，石铁陨石中铁镍和硅酸盐各占一半，球粒陨石中大部分为硅酸盐，少部分为铁镍，而无球粒陨石中则全部为硅酸盐。

陨石中的主要矿物为：锥纹石α－(Fe，Ni)，镍纹石γ－(Fe，Ni)，陨硫铁FeS，橄榄石(Mg，Fe)₂SiO₄，斜方辉石(Mg，Fe)SiO₃和单斜辉石等。

次要矿物为铬铁矿，白磷钙矿，自然铜等约百余种矿物(梅森，1962)。

人们对陨石矿物研究甚早，经过多年来的研究后表明，陨石矿物特征是：(1)特殊的矿物存在形式和众多的宇宙矿物。在一百多种陨石矿物中，约占四分之一(即30余种)为陨石中所独有，说明陨石形成的特殊条件和环境。如六方晶系的六方金刚石(Lonsdaleite)，碳原子虽仍是六次配位(如金刚石者)，但结构已非金刚石者，关于它的形成条件，目前还正在研究。

自从应用电子探针显微分析以来，大批陨石新矿物被发现，这是20世纪60年代后期发生的矿物学研究中的重大事件。(2)许多矿物反映其形成时的强还原环境。(3)高压矿物及特殊高压矿物的出现。(4)SiO₂矿物广泛出现于各类陨石中。

月球矿物学研究 自从1969年7月25日人类第1次登上月球以来，采来的月岩标本共有386kg。由于对月球矿物的研究，促进了对矿物学研究理论和手段的深入。

月球上不存在水，故没有含水矿物。

月球表面没有大气，故月球表面没有矿物的氧化作用。

月球上没有造山运动时期的高温高压下的折皱岩石，也就没有原始矿物的相变、再结晶。月球的早期虽有构造活动，但缺少挥发元素，故组成岩石的矿物种类有限。

有结晶岩石说明月球上火成作用的存在。月球高地是富斜长石的岩石，月海是斜长石辉石玄武岩。

月球上仅是个别现象有花岗岩、伟晶岩、以及辉石和钛铁矿的大晶体(数毫米)。

月岩矿物种类不多，仅50～60种，目前没有经济价值，但是，月岩和月壤中含有太阳风带来的³He，或可作为将来的核聚变的燃料。月球矿物的可贵之处在于说明了月球的起源和形成过程。月球矿物反映了月球史。

月球固结至少在30亿年前，它的长石质壳的形成超过四亿年，这可以与地球进行许多有意义的比较。

月岩矿物主要为单斜辉石、斜长石、钛铁矿和橄榄石，四者占有月岩的绝大部分。月岩中的次要矿物为鳞石英、方英石和三斜铁辉石，这些含量在百分之几以下。月岩中只有很少的含(OH)的矿物，即角闪石类和云母类矿物。冲击角砾岩中有少见的针铁矿(锥纹石颗粒边缘有针铁矿)。

硅酸盐矿物是月岩的主要成分，但种类也很有限。

辉石和长石是岩石的主要成分。长石主要是富钙的斜长石(An往往大于90)。

辉石仅限于铁、镁、钙的变种，变化于透辉石－钙铁辉石－顽火辉石－铁辉石四角图解中。还有准稳定相的三斜铁辉石，是火成岩结晶作用后期的产物。

氧化硅也是准稳定相方英石或鳞石英。橄榄石仅作为晚期副矿物而出现。

矿物中很少有三价铁，镍铁和陨硫铁的存在，都说明了最低的氧化状态，低价态的阳离子进入矿物晶格。在Basaltic Mesostasis区，有静海石新矿物，还有钛锆钍矿和磷钙石，都含稀土元素。静海石作为铁钛钙的复杂硅酸盐而出现，结晶于月球玄武岩的晚期阶段，有锆和稀土的进入。

在月岩矿物的研究工作中，发现了3个月球新矿物：三斜铁辉石(Fe，Ca)SiO₃；低铁假板钛矿(Fe，Mg)Ti₂O₅；静海石。

地球、月球、陨石矿物数目和种类的比较 铁、氧、硅、镁、镍、硫、钙、铝等元素，构成了地球、月球、陨石物质组成的主体，并以矿物的形式表现出来，故地球、月球、陨石共有的矿物是：硅酸盐类矿物(石英、长石、辉石、橄榄石)，氧化物类矿物和硫化物类矿物。

月球矿物有五六十种，陨石矿物有百余种，地球矿物则有3000余种，丰富多彩的地球矿物是各种地质作用的结果(岩浆作用、热液作用、变质作用、风化作用等)。

只存在于地球的矿物有：大量的含水矿物；大量的氢氧化物矿物；多种其他化合物矿物，如：氟化物、溴化物、碘化物、硒化物、碲化物、砷化物、锑化物、铋化物等矿物；多种含氧酸盐：硝酸盐、硼酸盐、砷酸盐、钒酸盐、钨酸盐、钼酸盐、铬酸盐、碘酸盐等矿物；有机酸盐矿物和碳氢化合物矿物等。

关于宇宙尘的研究 除陨石块体外，微细的地球外物质，即宇宙尘，是宇宙间较重化合物的质点，主要是铁、钴、镍、锰、硅等及其氧化物。此外，宇宙空间里较轻质点称行星际分子，现已发现40余种行星际分子，大多数是有机分子，无机分子不多。宇宙尘体积大小不一，大者直径可达100μm。小者直径小于0．1μm。

广义的宇宙尘分为3类：真正宇宙尘(cosmic dust) 微米级或微米级以下未遭受熔融的、进入大气层中的小质点；陨星尘(meteoric dust) 陨星崩解后的小质点；陨石尘(meteoritic dust)，陨石进入大气层燃烧或崩解后的微米级小质点。

这类地球外物质每年进入地球的数量难以估计，有人估计每年30t(根据深海沉积物中的微米级球体统计)，有人估计每年10⁶t(根据卫星测量测标)，还有人估计地球每天接受40t宇宙间的微尘。随着矿物学研究手段的不断改进，这些都将列入研究日程。

推测真正宇宙尘的来源之一，是来自早期的陨星，因为根据球粒陨石的宇宙暴露年龄，一般都小于65Ma，大部分是在2～10Ma。这就表明，早期的陨星很可能都崩解为宇宙尘。

也有人认为，宇宙微尘是由彗星不断提供，这些宇宙微尘遍及太阳系，密集于太阳周围。

关于玻璃陨石和陨石冲击坑的研究 玻璃陨石就是通常说的“雷公墨”，因其中不含宇宙射线作用下的²¹Ne、²⁶Al或¹⁰Be，故往往被认为是非宇宙成因，而其中的矿物仍有详细研究的必要。玻璃陨石中有意义的矿物如：柯石英、锆石等固态包裹体。玻璃陨石中含SiO₂在70%～80%以上，最新的是75×10^－2Ma，最老的是35Ma，中国海南岛和广东、广西的雷公墨分布很广。

对于陨石冲击坑的研究出现了冲击变质矿物学的分支，地球上陨石冲击坑的数目逐日增多，冲击变质矿物学的研究越来越引起人们的关注。冲击坑的研究与宇宙矿物学关系密切。

德国有人统计，全球陆地上约有230个陨石坑，其中78个已经得到确实证据，其余尚需要进一步研究证实。

总之，宇宙矿物学是人们了解宇宙、认识自然的强有力工具之一。

国外学者研究较早，做了许多开创性工作。国内学者有欧阳自远(1965)、谢先德(1976)、王道德(1976)、张培善(1976)、陶克捷(1976)做出了贡献，王东坡(1976)等对吉林陨石雨的研究，彭汉昌(1989)对深海宇宙尘的研究，王人镜(1990)等对随州陨石雨的研究，王奎仁(1990)对陨石新矿物的发现与研究，郭宗山(1977)和陈正(1977)还有许多学者对宇宙矿物学的研究做出贡献。

。【参考文献】：

1 Mason B. Meteorites. Inc New York: John Wiley , Sons, 1962

2 Wasson J T. Meteorites. Berlin, Heiderberg: Spring Verlag,1974

3 Frondel J W. Lunar Mineralogy. New York: John Wiley , Sons,Inc,1975

4 Guest J,et al. Planetary Geology. Inc John Wiley , Sons, 1979

5 吉林陨石雨论文集．北京：科学出版社，1979

6 金E A着．宇宙地质学概论．王道德，等译．北京：科学出版社，1979

7 王奎仁．地球与宇宙成因矿物学．合肥：安徽教育出版社，1979

8 阿莱格尔C J着．陨石地球太阳系．鲍道崇译．北京：地质出版社，1989

9 王人镜，李肇辉主编．随州陨石综合研究．北京：中国地质大学出版社，1990

(中国科学院地质研究所博士生导师张培善研究员撰)