球粒陨石中的“球粒”是怎样形成的?
球粒陨石背景知识:
200多年前,科学家就发现了许多陨石由石质小球(毫米级)和周围的基质组成,后来将这类陨石命名为球粒陨石,这种小球被称为球粒。球粒的大小在1mm左右,主要由硅酸盐矿物橄榄石,低钙辉石及硅酸盐玻璃组成,含极少量金属Fe_Ni和硫化物,在球粒之间有基质隔开,基质主要由细粒它形硅酸盐以及细粒的金属和硫化物组成。
球粒陨石分为三类:普通球粒陨石、顽火球粒陨石、碳质球粒陨石。球粒的结构可分为四种:1.斑状球粒;2.炉条状球粒;3.偏心放射状球粒;4.隐晶质球粒(或称为脱玻璃化球粒);而具体到每一个球粒有可能是二种以上类型的组合。根据化学参数,球粒陨石被分为E,H,L,LL,C,五个化学群。从E群至C群,陨石中金属Fe-Ni的含量逐渐降低,而陨石中橄榄石和辉石的FeO︱(FeO+MgO)逐渐增高。E群中金属Fe-Ni的含量最高,辉石和橄榄石为几乎不含FeO的顽火辉石和镁橄榄石,表明形成于一个极端还原的环境中。C群中几乎不含或含很少量的金属Fe-Ni,而橄榄石和辉石的FeO︱(FeO+MgO)的比值最高,并含有水层状硅酸盐矿物,表明它们形成于一个相当氧化的环境中。此外,还可以根据球粒陨石的热变质程度,各化学群的球粒陨石又可以分为七个岩石类型。
原子团簇是一类新发现的化学物种,简称团簇(clusters)或微团簇(microclusters),是20世纪80年代才出现的新学科,是由几个乃至上千个原子、分子或离子通过物理和化学结合力组成的相对稳定的聚集体,其物理、化学性质随着所含原子数目不同而变化。原子团簇的空间尺寸范围在1-100nm之间,其许多性质既不同于单个原子分子,也不同于固体和液体,也不能用二者性质作简单线性外延和内插来得到。因此,人们把团簇看成是介于原子分子与宏观物质之间的物质结构的新层次,是各种物质由原子分子向大块物质转变的过渡状态,代表着凝聚态物质的初始状态,是物质的第五种状态。团簇广泛存在于自然界和人类的活动中,涉及许多物质运动过程和现象,如催化、燃烧、晶体长大、成核和凝固、临界现 象、相变、溶胶、薄膜形成和溅射、照相等,构成物理学和化学的学科交汇点,是材料科学和凝聚态物理学的新的生长点。
现在已经发现球粒陨石的球粒结构就是原子团簇结构(Clusters),因此,球粒的性质研究必须打破以前把球粒看成固体和液体合成变化的研究观念,把球粒看成是除固体、液体、气体、等离子体外的新的物质存在状态。
背景知识:
现代科学有关球粒成因的观点大致可以分为两类:1。星云凝聚学说(球粒是星云气体直接凝聚形成液态熔体后结晶形成);2。固体重熔学说(形成球粒的原始物料是尘粒的集合体,引起尘粒集合体重熔的原因各有不同,大多都支持星云冲击波加热机制。),目前,星云凝聚学说受到了冷落。
研究远古陨石结构发现,它们(球粒)是由原子构成的纳米团簇(cluster)在引力下凝集而成。有人估计,这种纳米结构材料始于宇宙大爆炸。从海贝壳到人体等生物系统中,也能找到许多天然的纳米结构,但是,人类有控制地制造纳米结构却非易事。60年代,东京大学的久保亮五(R.Kubo)曾发表一篇关于量子约束理论的论文。这篇论文中谈到了超细微粒粒子的独特性质,但在当时并未引起人们的注意。在70年代,麻省理工学院的德雷克斯勒提出一个用模拟细胞生物分子的分子装置,制造超细微粒的设想,并把它命名为纳米技术。此后,他与斯坦福大学联合成立了纳米技术(NST)研究组。
真正对纳米物理展开系统研究始于90年代初。1982年,本尼格(G.Binnig)和罗若尔(H.Rohrer)发明了扫描隧道显微镜(STM),它以高分辨率向人们展现了一个可见的原子、分子世界。到了80年代末,扫描隧道显微镜已经由一个助视仪器发展为费因曼所设想的排布原子的工具。90年代初,纳米物理学已经作为独立的学科研究领域正式诞生。1990年7月,在美国巴尔的摩召开了第一届国际NST会议。此时,两种专业国际刊物:《Nonotechnology》与《Nonobiology》已经或即将出版;日本与英国等少数科技先进国家制定了发展纳米技术的国家科学规划;美国自然科学基金会将纳米技术作为优先发展项目;冠以纳米(Nano)的新名词和新概念,如纳米电子学、纳米材料、纳米加工和纳米生物学等,正式在各种科技书籍与文献中出现。这一切都表明,纳米物理学已经作为一门正式的独立学科领域,步入了物理学的殿堂,它的诞生与发展,不仅对物理学,同样对整个自然科学与技术产生着重大的影响。