如何自己动手鉴定陨石

 

中国科学院紫金山天文台

徐伟彪

特邀专家:徐伟彪,男,中国科学院天文大科学研究中心特聘研究员、澳门科技大学月球与行星科学国家重点实验室特聘教授、中国科学院比较行星学卓越创新中心 特聘核心骨干研究员、中国科学院紫金山天文台首席研究员(二级)、博士生导师。

《史记》中记载:星坠至地则石也。星星掉到了地球上面,就是陨石。我国古代历史学家司马迁2000多年前对陨石下的一个科学定义 ,放到当今仍然准确。这句话包含了两个意思,第一陨石必须是来自地球以外的太阳系天体,第二是经过地球大气层,自然陨落到我们地球上来。符合这两个条件,才能称为陨石。我们按照这个定义判断一下现在大家都感兴趣的雷公墨、天上掉下来的人造卫星的碎片,以及美国阿波罗登月计划从月球表面采集回来的月岩样品,还有日本的太空飞船取回来的小行星样品,这些都不能称为陨石,因为它要么不是地球以外的物体,要么不是通过自然陨落过程掉落到地球上的。所以什么是陨石,大家应该先明确一下它的定义,然后再判断它到底是不是陨石。切莫看见一块很独特的石头就想着它一定就是陨石,这样的思维方法很危险,很容易被人利用,上当受骗。

 

那么关于陨石的陨落过程,我还是要再简单介绍一下,因为在去年(2017年)国庆节期间,云南的香格里拉曾经出现过一次火流星空爆的事件,引起了国内公众的广泛关注,很多星友都跑到云南香格里拉去找陨石,但最后无不空手而归,这是为什么呢?我先给大家简单介绍这个原理。陨石的陨落过程,其实是一个非常复杂的过程。流星体在进入大气层之前,它的速度非常快,因为和空气的摩擦而产生了很多的热量,就会引起这些小天体发生空爆,发生空爆的时候它的高度比较高,像这次云南 香格里拉的火流星,它是在离地面三十多公里的地方发生空爆,空爆的时候被NASA的卫星记录了下来,记录下来了它的位置比如说就是这个红点的位置,那么按照这个红点的位置去找是根本找不到陨石的。

 

 

那是为什么呢?因为NASA的卫星是从上往下照的,那你到这个位置去找肯定是找不到的。 流星体发生空爆以后,它的碎片还会继续向前飞行,可能还会发生第二次、第三次空爆,每一次发生空爆以后陨石的运行轨迹都会发生变化,它的轨迹不会沿着原来的方向飞行,特别是到了大气层底层的时候,大概离地面十几公里的范围,这时大气的密度越来越大,越来越稠密,再加上风速的变化,所以这些 流星碎片的运行轨迹就会发生很大的变化,远远偏离了原来的飞行方向,所以你要是根据NASA的记录去找陨石的话,很难找得到陨石,这就是为什么很多星友去了香格里拉以后,通过千辛万苦的寻找最后却还是空手而归的道理。事实上在一般情况下,通过空爆的记录找到陨石的概率是非常非常低的。所以我建议星友们要保持理性,不要一发生流星体空爆就去那个地方去找陨石,这是很难找得到的。其实 找到陨石都是很偶然的现象,就好像吉林陨石的陨落,它是非常偶然的,它的陨落地是平原农田,正好附近有很多居民,所以掉下来的时候,因为动静非常大,就引起了很多人的注意,很快就把这个陨石找回来了。那么试想一下,如果吉林陨石陨落在长白山地区,那么可能到现在为止我们都还找不到吉林陨石的碎片。

 

下面再讲一下陨石是从哪里来的?现在一般都认为陨石来自于小行星带,小行星带位于木星或火星之间,少数的陨石可能是从火星和月球上来的,还有一些陨石可能是从彗星过来的。彗星的轨道是椭圆形的,有的时候它的轨道会与地球相交,相交的时候就可能有的碎片会掉到地球上来。

 

再谈谈关于陨石的种类和数量。其实陨石的数量是非常非常有限的,到目前为止,我们在国际陨石学会的网站上查询,被正式录入数据库的陨石,区区不到五千块,这里边当然是去除了在沙漠和南极发现的陨石。在我们人类常规居住的地区,也就是在人类生活的地方找到的陨石数量是非常非常少的。我从《中国陨石网》那里获得了统计数据,他们做过一次统计,这么多年来很多星友在他们网站上留言,发了很多很多的帖子,要求鉴定陨石,统计下来大概有两万多条鉴定陨石的帖子,然后最后确定是陨石的,才区区五十多块,所以这个概率是非常非常低的,才千分之二被确定为陨石,绝大多数(超过99.8%)的石头,在很多星友眼里认为是陨石的,其实都不是。而在全世界发现的所有陨石里面,绝大多数都是球粒陨石,大概90%以上都是球粒陨石,铁陨石占2%,无球粒陨石占4%,中铁陨石和橄榄陨石的比例就更低了,从 下面这张图上就可以看到,大多数陨石都是球粒陨石,而球粒陨石的鉴定相对来说比较容易,可以自己动手就把这个球粒陨石鉴定出来。这也是我今天要讲的主题。

 

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首先谈谈球粒陨石是怎么形成的呢?我们现在通常认为太阳系原始星云里面有很多气体和矿物颗粒,当他们吸积凝聚在一起就形成一个原始的吸积盘,它里面包含了很多圆形的球粒,还有很多矿物的碎屑,再加上更细的尘埃矿物颗粒,凝聚在一起,就形成了球粒陨石。这有点像建筑工地上的混凝土,凝土里面包含有石子、沙子和水泥,凝固之后就形成了一个类似的结构。如果你把陨石做成了薄片之后放在显微镜下面去看,就可以看到各种各样的球粒,有的是条状的球粒,有的是斑状的球粒,不同的球粒代表着它的形成环境不一样。

 

那么无球粒陨石是怎么形成的呢?我们前面讲到,绝大多数陨石都是球粒陨石,只有少部分是无球粒陨石,无球粒陨石一般认为是从球粒陨石演变过来的。因为球粒陨石当它的母体的体积达到一定大小的时候,它内部的热量散发不出去,内部的温度就会越来越高,当高到一定程度的时候,内部就会发生熔化,硅酸盐矿物会发生熔化,熔化以后金属就开始与硅酸盐分离,内部就形成了一个壳层结构,就像地球一样,有核、幔、壳三层结构,那么来自不同区域的陨石就是不同类型的陨石,来自表层的物质就是我们经常看到的无球粒石陨石,来自核心部分的就是铁陨石,来自幔层结构的物质有可能是一种原始无球粒陨石,橄榄陨铁可能来自核和幔的交界处的很小一部分地方,就比如说,这就是一块很典型的无球粒陨石,这个是很新鲜的,去年刚刚陨落在陕西延安地区的无球粒陨石,它是从灶神星表面飞来的。

 

但是现在陨石鉴定领域出现了很多误区,很多星友不知道怎么科学地鉴定陨石,下面我就给大家简单介绍一下:哪些是可取的哪些是不可取的鉴定方法,以后就可以不会误入歧途,上当受骗。就比如现在市场上有很多拍卖公司啊、文物鉴定公司啊,他们用X-荧光光谱仪来鉴定陨石,表面看上去好像很高大上,非常现代化,很多老百姓不懂的话就拿自己的东西去鉴定,其实这是一个大错特错的鉴定方法,因为这种仪器是不能用来鉴定陨石的,比如说这是一个上海的文物鉴定公司,为星友出具的一个检测报告,他就是把这个所谓的陨石放在这个机器下面去打一下能谱,打出来一份各种元素含量的检测报告,然后根据这些元素含量就随意的把它定为陨石。但是确定陨石需要一个标准,他这个根本就没有什么标准,非常随意,他说是陨石就是陨石了,一方面他可以骗取高昂的鉴定费,第二步就是引诱你参与他的拍卖活动,如果你还不明白的话,他们就会让你交一大笔所谓的拍卖服务费啊、宣传费啊,很多人把这个钱交了以后就在家等拍卖消息,然而最后的结果都是以流拍而告终,所以说这是一个套路。还有一个套路就是提出要高价收购你的陨石,说你手里的陨石是珍贵特殊品种的陨石,市场价高达几百万到几千万,但必须先鉴定,确定是陨石了才能购买你的陨石,于是就引诱你出高价在他指定的检测公司去鉴定陨石,最终的结果就是统统都不是陨石,即便是真陨石也被鉴定为地球岩石,最终目的就是骗取你的鉴定费。

 

我希望你们以后不要再被这些公司欺骗了,这是一个误区,还有第二个误区,前面讲的是所谓拍卖公司、文物鉴定公司采用的手段,现在还有一些所谓的民间的鉴定服务机构,因为他们没有那么高精尖的仪器,但是他可以花较少的钱去买一个这样的手提式X-荧光分析仪,拿这个东西在你的样品上照一下,也能得到一组数据,这些数据中有一种符号叫LE,他们自己也不知道这个LE是什么,然后就忽悠你说这个LE是一个未知元素,以这个为卖点,告诉你说这是一个非常特殊的陨石,但其实他们自己并不知道这个LE是什么意思。这个LE其实是英文缩写,它是英文单词Light Element(轻元素)的英文缩写,根本就不是什么未知元素,因为这个世界上根本就没有未知元素,如果一个普通的老百姓拿这个枪一照就能发现未知元素,那还要科学家干什么呢?这是一个很简单的道理,但是很多老百姓不明白这个道理,容易上当受骗。那么这个LE代表什么呢?这个LE就代表样品中氧元素的含量,所以你从这个鉴定结果上看的话,这就是一个铁矿石,主要是铁和氧。

 

真正鉴定陨石的话,最专业的仪器设备是电子显微镜和电子探针仪,这才能把样品里面的矿物化学和岩石结构搞清楚,来确定它到底是不是陨石,是什么类型的陨石。这些仪器呢,一般的民间机构都不具备,只有在专业的研究所才有,所以老百姓鉴定陨石才很困难,没有地方去找真正的机构去鉴定。真正的鉴定机构在我们国内大多都集中在科学院系统内,高校里面也会有一点,但是你要是真正去找他们是很难的,因为他们平时的科研任务非常繁重,他们没有时间和精力来帮你鉴定你手上的样品到底是不是陨石,所以在这种情况下我建议,如果你们怀疑你手上的样品是陨石的话,你们尽量不要去找那些拍卖公司和民间组织来鉴定,我建议你们去找地质部门,国土资源部在每个省 会城市都有一个研发分析中心,他们整天就和各种岩石打交道,对地球上的各种岩石了如指掌,比我们更有经验,因为超过99%的可能,你的样品其实就是地球的岩石样品,所以你把手上的样品送到这些地质矿产部门去检测去,他们会告诉你的石头样品是什么样的地球岩石,不要再去找民间这些所谓的鉴定机构,免得被人欺骗。

 

下面我就简单介绍一下怎么自己动手鉴定陨石,首先你要准备一些基本的材料,比如说环氧树脂和固化剂,然后以十比一的比例混合在一起,然后从样品上切一小片下来放在一个模具里面,然后再把树脂倒进去,几个小时之后这个树脂会凝固,凝固之后把样品在各种粗细不同的砂纸上慢慢磨,磨平之后再抛光,抛光之后就可以用显微镜来观测。

 

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首先看看样品里面能不能找到球粒,如果能找到球粒,那么这就是球粒陨石,因为90%以上的陨石都是球粒陨石,所以这个简单的方法就可以鉴定90%的陨石了。球粒陨石有两个特点,一是有球粒,二是有金属颗粒,如果发现了这两个特征,那么就可以确定这个样品就是球粒陨石。

 

    如果要看陨石内部球粒结构、岩石结构的话,还可以做成薄片,做薄片的要求就更高一些。需要把这个样品多余的地方切下来,然后粘在玻璃片上面,然后再研磨抛光,这个非常费事,要花很多时间慢慢去做,最后磨成一个很薄很薄的能透光的薄片,然后在显微镜下就可以看到五颜六色的球粒。

 

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图四:光学显微镜下球粒陨石中的球粒(圆状带条纹物体)

 

这是鉴定球粒陨石的步骤,那么如何鉴定无球粒陨石呢?因为地球的岩石都是没有球粒结构的,于是很多人都会把地球上的岩石误认为火星陨石和月球陨石。而陨石科研部门一般也不会花很多时间来鉴定你手上的月球陨石火星陨石的,所以还是建议星友们送到地质矿产部门的岩矿鉴定中心,去请求 他们帮忙鉴定一下你手上的 石头是什么样的岩石样品,他们是有对外服务项目的,而且他们都是国家正规的部门,可以放心地找他们进行鉴定。那么怎么确定这是一个无球粒石陨石呢?其实也很容易,最主要就是要测定岩石里面三种矿物的化学成分:橄榄石、辉石和长石。这些化学成分怎么测定呢?就需要用电子探测仪,去测定他们的化学成分,然后对照这个图,就可以发现来自不同星球的岩石样品会落在不同的线上,就可以确定样品到底是月球样品还是地球样品。

 

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如果你把这三种矿物的化学成分都搞清楚了,就可以确定它到底是月球陨石、火星陨石还是地球岩石,但大多数情况下都是地球上的样品。

 

对于铁陨石和石铁陨石的鉴定,大家都是比较有经验的,最常见的方法就是用酸腐,用硝酸加酒精配成的液体对这个样品的表面进行酸腐。

 

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腐蚀以后样品的表面就会出现各种各样的条纹,叫维斯台登条纹,如果出现这种条纹,那就基本可以确定它是铁陨石或者石铁陨石,这个方法大家都可以动手完成,就不需要去找专业的机构了。

 

因为不同铁陨石含镍量的不同,所以会出现不同的结构,所以我们看到的条纹有的是粗的条纹,有的是细的条纹,有的细条纹太细,要在显微镜下才能看得见,但不管怎么样,都能通过目测或者利用显微镜来看到这些条纹结构,来确定它到底是铁陨石还是不是铁陨石。

 

从科学上来讲,铁陨石的分类是非常困难的,只能通过测定其中的微量元素来确定它到底是什么类型,因为通过条纹来鉴定铁陨石的话,有的时候不同类型的铁陨石的条纹相差不大,很难把它区分出来。比较科学的方法,是通过分析铁陨石的微量元素含量,然后最终把铁陨石的分类给确定下来。

 

  在铁陨石酸腐的过程中,会出现一个问题,有的时候在人造合金体也会出现像我们看到的维斯台登条纹一样的叫做马氏体的合金条纹。

 

  这些条纹并不能说明它是铁陨石,但没有经验的人,会误认为它就是维斯台登结构,但其实它不是维斯台登结构,为什么呢?因为这些条纹它不是铁纹石、不是镍纹石,它其实就是生铁。如果我们用能谱仪检测,发现里面只有铁元素,没有镍元素。怎么判断它是维斯台登结构还是生铁里面的马氏体呢,有一个简单的方法来确定它里面是不是含有镍,就是使用之前提到的手提式X-荧光分析仪,用这个仪器检测一下,样品里面的镍含量马上就可以显示出来。

 

  如果没有这样手提式的分析仪,还有一种简单的化学方法,买一些氨水、白醋、二甲基乙二醛肟,用二甲基乙二醛肟和无水酒精调配出来,先用棉签蘸一点白醋,在样品的表面上来回擦拭几遍,用另一个棉签放到氨水溶液中蘸一下,然后用两个棉签摩擦一下,如果样品中含镍的话,棉签会变成粉红色,说明样品中含有镍,那就样品就有可能是铁陨石,也有可能是不锈钢,不锈钢中也含有镍,这就需要做进一步的分析了。

 

所以最后总结一下,通过自己动手的话就可以鉴定90%的球粒陨石,2%的铁陨石,再加上不到1%的中铁陨石和石铁陨石,所以通过自己动手就可以鉴定绝大多数的陨石,不用再求人了。那么你自己鉴定不了的也就是4%的无球粒陨石,这些无球粒陨石你也可以通过去找地质部门的矿产分析中心检测一下,这样的话所有的陨石你都可以不求人自己鉴定出来了,且不需要再去找那些所谓的拍卖公司和文物鉴定公司花大价钱上当受骗了。

 

此文由吉林市博物馆王纯光根据徐伟彪博士在2018吉林·国际陨石博览会上的讲座录音和视频资料整理 ,原文刊登在《天宝物华》2018年第一期总第一期,吉林博物馆研究,出版时间2018年7月30日