第三讲 天外来客与太阳系的组成太阳系的形成与化学组成
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一,太阳系的组成
太阳系由太阳,行星,行星物体 (宇宙尘,彗星,小行星 )和卫星组成,其中太阳的质量占太阳系总质量的 99.8％,其他成员的总和仅为 0.2％ 。
水星、金星,地球,火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星太阳系的形成与化学组成
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二、太阳系化学组成的研究方法获取宇宙元素丰度的途径有：
① 直接采样分析,如直接测定地壳岩石,各类陨石和月球岩石的样品；
② 光谱分析,如对太阳光谱进行定性和定量测定；
③ 由物质的物理性质与成分的对应关系来进行推算 ;
④ 利用宇宙飞行器对邻近地球的星体进行观察,直接测定或取样分析；
⑤ 分析测定气体星云和星际间物质；
⑥ 分析研究宇宙射线 。
太阳系的形成与化学组成
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太阳是炽热气态物质构成的球体,直径为
1,391,000 km,质量为 1.983× 1033g,相当于地球质量的 33万倍 。
太阳的平均密度为 1,41g／ cm3,表面温度达
6000° K。 太阳上存在着热核反应 。
太阳外表的稀薄大气层,称为日冕 (Corona),由等离子体构成 。 这种等离子体以每秒几百公里的速度向四周扩散,形成的粒子流称为太阳风 。
三、太阳的化学组成太阳系的形成与化学组成
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由于太阳具有异常的高温，其中的物质具有通过热运动强烈均匀化的条件，因而推断太阳大气圈的化学成分可能与太阳中心的成分差异不大。
太阳表面极高的温度，使各种元素的原子都处于激发状态，不断辐射出各自的特征光谱。太阳光谱的谱线数和谱线的波长主要取决于太阳表层中的元素，而谱线的亮度取决于,元素的相对丰度、
温度、压力和其他条件。
三、太阳的化学组成太阳系的形成与化学组成
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在温度和压力恒定的条件下，谱线的亮度与元素的丰度成正比。
因此，通过测定太阳光谱中不同波长谱线的强度，
就可以得到太阳中相应元素的丰度。
人们在太阳中已发现了 85种元素。多数人认为还有些元素在太阳表层中的丰度过低，现有的光谱分析技术还不能检出它们。
太阳表层的元素丰度通常表示为相对于 106个硅原子的各元素的原子数。选择硅作为标准是因为硅在太阳表面分布广、含量稳定且挥发性又小。
三、太阳的化学组成太阳系的形成与化学组成
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四、太阳系元素的丰度
1,太阳系元素的丰度也称宇宙丰度 。
戈尔德斯密特 (1937)根据陨石,太阳和行星化学组成的对比,首次计算出元素的太阳系丰度 。 其中,H,He和其他挥发组分主要依据太阳光谱分析获得,非挥发性元素主要以陨石化学为依据 。
此后,卡麦隆 (1959),休斯和尤里等都进行了此项研究 。 最新的数据是 Anders等于 1989年发表的 。
太阳系的形成与化学组成
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元素的宇宙丰度特征由此可见,H和 He是太阳上含量最高的两个元素
H
He
太阳系的形成与化学组成
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1) 在所有元素中 H,He占绝对优势,H占 90%,He占
8% 。
2）太阳系元素的丰度随着原子序数（ Z） 的增大而减少，曲线开始下降很陡，以后逐渐变缓。在原子序数大于 45的重元素范围内，丰度曲线近于水平，丰度值几乎不变。
3）偶序数元素的丰度大于相邻奇序数元素的丰度，
这一规律称之为 Oddo-Harkins（ 奥多 -哈金斯）
法则，也称偶数规则。
2,元素的宇宙丰度特征太阳系的形成与化学组成
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2,元素的宇宙丰度特征按质子数（ Z） 和中子数（ N） 可分为四种类型：
类型 例 质子 /中子 种数
(1) 偶 -偶型 8O16 8/8 166
(2) 偶 -奇型 4Be9 4/5 55
(3) 奇 -偶型 3Li7 3/4 47
(4)奇 -奇型 5B10 5/5 5
偶数规律在核素（ Z.N） 丰度上亦体现出来：
偶（ Z） 偶（ P） >偶奇? 奇偶 >奇奇。
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五、月球及行星的元素组成太阳系的形成与化学组成
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（一）月球的化学组成
月球距地球的平均距离为 384402 km,半径为
1735km,体积为 22× l09km3,平均密度为 3.34g／
cm3。
月壳的地形分为月海和高地两部分,
月海为地势低洼,
高地为山地地势 。
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月球是地球的卫星,是行星比较地质学的主要研究对象 。 月球完全缺失大气层,表面温度白天
+115?C,晚上 -135?C 。
大陆约占月球表面的 84%,由结晶的基性岩组成,
布满了环状的陨石冲击坑 。 月海岩石主要由玄武岩组成,年龄在 4200-3100Ma左右 。
没有水和 CO2的痕迹,内部活动已经停止 。
（一）月球的化学组成太阳系的形成与化学组成
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（一）月球的化学组成
月岩主要有三种类型：
(1)月海玄武岩 。 分布于相对低洼的广阔地区 。 主要由斜长石,单斜辉石和钛铁矿组成 。 在化学成分上与地球上的大洋拉斑玄武岩相似,但 Ti02和 FeO含量较高 。
(2)高地斜长岩 。 分布于月球高地 。 其化学成分以富铝为特征,Ti02和 FeO含量偏低 。
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（一）月球的化学组成
月岩主要有三种类型：
(3)高地玄武岩 。 主要由基性斜长石,单斜辉石和钛铁矿组成 。
同月海玄武岩相比,铁和不透明矿物含量偏低,斜长石含量偏高,富铝 。
高地玄武岩中,有一种富钾,稀土和磷的岩石,被称为,KREEP”。 这种岩石在地球上未曾发现,其化学成分类似花岗岩,故又被称为,月球花岗岩,。
太阳系的形成与化学组成
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由于行星表层温度较低,缺乏原子光谱的激发条件,无法用光谱资料估算其成分 。
近年来,通过宇航探测器对行星大气的测定,
使人们对行星大气化学成分有了一些了解 。
分析显示,类地行星与外行星大气层成分有明显差异,类地行星缺乏原始星云中气体组分 (H2,He),外行星则相对富含这种组分 。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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类地行星 与类木行星
行星沿着椭圆形轨道绕太阳运行,它们可以被划分成两种类型：
接近太阳的行星较小,为内行星,有水星,金星,地球和火星,也被称为类地行星；
远离太阳的较大行星为外行星,有木星,土星,
天王星,海王星,称类木行星 。
太阳系的形成与化学组成
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在火星和木星之间存在着由数以兆计由小行星组成的小行星带 。 小行星的大小相差极大,其中最大的谷神星直径达 770km。 据估计,直径大于
10km的小行星有 104个,而直径大于 1 m的则有
1011个 。
有些小行星的轨道横切行星的轨道,它们陨落到行星表面的几率较大,在已陨落到地球表面的陨石中,已发现有两个星体的轨道曾位于小行星带内太阳系的形成与化学组成
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类地行星
水星 直径为地球的 2/5，密度 5.43，主要成分为铁质岩石。大气稀薄，以氢和氦为主，表面温度 -173— +143?C,表面形态与月球相似。
金星 各种参数与地球相似，构造活动很活跃，
仍有火山作用，表面岩石主要为玄武岩。大气厚密，表面气压为 90 个 atm,主要成分为 CO2，
温度达 467?C。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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类地行星
地球 稍大于金星，较快的自转速度形成了很强的磁场。
火星 直径约为地球的 1/2，质量相当于地球的 38%，自转速度与地球相似。
大气稀薄，主要为 CO2,温度 -28 — -
139?C,曾有与地球相似的外动力地质过程。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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类木行星
木星 个体最大，质量是地球的 318倍，大气层厚度达 1000km,以氢和氦为主，表面可能是高压下的液态圈层。木星也有光环。
土星 质量为地球的 95倍，平均密度仅为 0.7，是太阳系行星中密度最小的。土星最引人注目的是它的光环，其厚度只有 15-20km,宽度却达
200,000km,主要物质是石块和冰块，其他性质与木星相似。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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类木行星
天王星 有九条光环，表面温度在 -200?C 以下。特点是自转轴与公转轨道平面平行。
海王星 是在 19世纪经过计算发现的，体积约为地球的 4倍，表面温度在 -200?C 以下。特点是两颗卫星以不同的方向运行。
冥王星 太阳系中一颗独特的行星，表面温度在 -220?C 以下，发现固态甲烷。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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其他星体
小行星 位于火星和木星之间,编号命名的已有
3000多颗,最大一颗直径约 1003km,一般认为是太阳系形成时由于某种原因,未能积聚成大行星 。 小行星可能蕴涵着太阳系形成的信息 。
彗星 沿扁率很大的椭圆轨道运行,由岩石碎块和气体组成,密度很小 。 著名的哈雷彗星每 76年光顾地球一次,其质量是地球的六亿分之一,慧尾的密度极小,仅为 10-17g/cm3左右 。
陨星 是宇宙中漂浮的石质或铁质的小天体,未发现地球中没有的元素 。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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行星的化学成分特征随与太阳距离增加（ Morgan,1980）
1,Fe,Co,Ni,Cr等行星核的元素减少。
2,形成壳 -幔的元素 Si,Mg,Al,Ca增多。
太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者天外来客 太空使者
— 陨 石太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者通古斯大爆炸 (Tunguska event)
1908年 6月 30日，在俄罗斯帝国西伯利亚森林的通古斯河畔，
突然爆发出一声巨响，巨大的蘑菇云腾空而起，天空出现了强烈的白光，气温瞬间灼热烤人，爆炸中心区草木烧焦，七十公里外的人也被严重灼伤，还有人被巨大的声响震聋了耳朵。不仅附近居民惊恐万状，而且还涉及到其它国家。英国伦敦的许多电灯骤然熄灭，一片黑暗；欧洲许多国家的人们在夜空中看到了白昼般的闪光；甚至远在在洋彼岸的美国，
人们也感觉到大地在抖动 …… 具体的发生的时间是早上 7：
17分，位置在北纬 60.55度、东经 101.57度，靠近通古斯河附近 (今属俄罗斯联邦埃文基自治区 )。
太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者
其破坏力后来估计相当于 1500-2000万吨 TNT炸药，
并且让超过 2150平方公里内的 6千万棵树倒下。大约当地时间早上 7,15分左右，在贝加尔湖西北方的当地人观察到一个巨大的火球划过天空，其亮度和太阳相若。数分钟后，一道强光照亮了整个天空，
稍后的冲击波将附近 650公里内的窗户玻璃震碎，
并且观察到了蕈状云的现象。这个爆炸被横跨欧亚大陆的地震站所记录，其所造成的气压不稳定甚至被当时英国刚发明的气压自动记录仪所侦测。
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天外来客 太空使者
历史上关于通古斯大爆炸的各种学说多年来，有关通古斯大爆炸的原因说法不一，从 1927年开始寻找陨石碎片以来，人们不断提出各种假说，试图揭示通古斯大爆炸的原因，其中包括陨石撞击说、核爆炸说、飞船坠毁说、黑洞撞击、反物质陨石湮灭、提出外星文明回应地球信号说、闪电引发甲烷气体爆炸说等 ……
太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者
前苏联科学家、第一位亲临通古斯现场的莱奥尼德 ·库利克认为,1908年通古斯大爆炸是由于一颗流星落到了地面
意大利核物理学家用重同位素法测试出,1908年被击毁的冷杉，其微量元素的含量远远高于其它年份的含量，而这些微量元素不可能源于地球，
证明了大爆炸与陨石有关。
太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者
美国科学家在实验室里，用计算机模拟出了大爆炸的真空效果：当一块直径约 200英尺的陨石以 45° 角撞向地球时，由于与大气的剧烈摩擦，使其充分燃烧和分解，恰好在距地 4英里的高空处爆炸，冲击波扬起的地面尘埃高达大气外层，反射回的日光恰好解释了当年通古斯卡周边地区的如昼之夜。
太阳系的形成与化学组成
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1976年 3月 8日 15时 1分 50秒左右，一颗重约 4吨的陨石从地球公转轨道的后方以每秒 15－ 18公里的相对速度追上地球，似不速之客从天而降，霎时间火光熠熠，
响声隆隆；当它飞临吉林省吉林市北郊 19公里高空时发生了一场蔚为壮观的陨石雨。这就是闻名中外的吉林陨石雨。这场陨石雨数量之多（共收集到 138块标本）、重量之大（总重量超过 2700公斤）、分布之广
（东西长 72公里，南北宽 8公里，近 500平方公里），
世界罕见。其中，最大的,吉林一号,陨石重达 1770
公斤，是目前已知的世界上最大的单块石陨石。
吉林陨石雨太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者邮票上的“吉林一号”陨石吉林陨石雨太阳系的形成与化学组成
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地球历史上的陨星碰撞遗迹－陨石坑尤卡坦陨石坑墨西哥尤卡坦半岛契克苏勒伯陨石坑，
直径有 198千米。
肇事者是 6500万年前一颗直径为 10到
13千米的小天体。
陨石坑被埋藏在
1100米厚的石灰岩底下，先被石油勘探工作者发现，随即又被“奋进号”
航天飞机通过遥感技术证实了它的存在。
导致恐龙灭绝的大碰撞陨星碰撞遗迹－陨石坑太阳系的形成与化学组成
34/65 南非的 vredefort陨石坑在目前人类能够找到的天体撞击遗迹中，最大也是最古老的南非“伏利德佛”陨石坑，直径长达 140公里，
已经有 19.7
亿年的历史。
陨星碰撞遗迹－陨石坑太阳系的形成与化学组成
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美国内华达州亚利桑那巴林杰陨石坑陨星碰撞遗迹－陨石坑太阳系的形成与化学组成
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德国的 ries陨石坑陨星碰撞遗迹－陨石坑太阳系的形成与化学组成
37/65 月球表面的一个陨石坑陨星碰撞遗迹－陨石坑太阳系的形成与化学组成
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陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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陨石之所以受到科学家的重视，是因为到目前为止，除了宇航员从月球取回的样品以外，
陨石是人类能够得到的唯一的地球以外的宇宙固体物质，而且它们可能来自比月球遥远得多的宇宙深处。这些陨石给人类带来太阳系形成演化，甚至太阳系外天体的丰富信息。
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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天体演化的科学研究告诉我们，像太阳这样的恒星形成以前，在宇宙的一定空间存在着大团的黑暗尘埃气体云，后来由于物质颗粒相互间的引力吸积作用，周围更多的物质被吸引过来，而且原来极小的颗粒逐渐聚合成较大的像芝麻粒大小的球粒。这些日益浓密的物质又分裂成数以百计的云团，每个云团又由于引力塌缩作用而更加浓密，并使云团中央的温度增高而发出光芒，这就形成所谓的原恒星。独立成长的原恒星继续收缩，并开始旋转。周围的尘埃和气体受其影响也跟着旋转，并逐渐遍化成圆盘状。
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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当集中的物质达到足够的量级时，原恒星核心的原子反应炉便被点燃，变成真正的恒星。高温产生的气体以强劲的星风的形式向圆盘的上下两个方向逃逸，好象是两道强烈的光束。星风的力量吹跑恒星周围大部分围绕的尘埃和气体云，而处于圆盘中的物质则不断地继续自相吸引、增大并固结成行星家族，就像我们的太阳系一样。经过一段时间，恒星发光的强度逐渐稳定下来，进入,主序星,行列。太阳就是一颗标准的主序星，它在 50亿年前形成，而且将会像现在这样继续燃烧 100亿年。
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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我们所说的球粒陨石，就是最初浓密云团吸积作用形成的小颗粒。但这些小颗粒组成的小块岩石运气不够好，没有能够继续吸积增大成为地球或者太阳那样的巨大天体，变成了天体“进化”途中被遗弃的小行星、彗星、或更小的碎块在茫茫太空中游荡。
某些偶然的因素使这些流浪汉闯入地球引力场，被捕获降落成为陨石。
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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当然，人类回收的陨石中还有铁镍陨石和无球粒陨石等其它种类，这些陨石则属于已经形成的行星或者恒星的核心部分的碎块，由于超新星爆炸或天体碰撞等原因飞散到宇宙空间的。中国在南极回收的
4块陨石中就有 1块是铁镍陨石，金属含量大于
95%，属于分异的天体 (恒星或者行星 )核部的碎块。
其余的则属于球粒陨石，是太阳系星云最初开始吸积时形成的固体物质，比地球的年龄更古老，可以说是太阳系“进化”过程中的“化石”。
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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二、陨石类型与化学组成
（一）陨石研究的意义
1.确定太阳系的物质组成,它是认识宇宙天体、行星的成分、性质及其演化的最易获取、数量最大的地外物质 ;也是认识地球的组成、
内部构造和起源的主要资料来源,
2.探索生命起源,陨石中的 60多种有机化合物是非生物合成的“前生物物质”，对探索生命前期的化学演化开拓了新的途径
3.研究行星形成演化
4,为研究地球物质演化与分异提供一个参照系 (如球粒陨石标准化图解 )
5.防止自然灾害陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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铁陨石石陨石铁石陨石球粒陨石无球粒陨石顽火辉石球粒陨石普通球粒陨石碳质球粒陨石
H组（富铁）
L组（贫铁）
LL组（极贫铁）
I组
II组
III组玄武质顽火紫苏橄榄陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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（二）陨石的分类
陨石主要由铁、镍金属和硅酸盐组成，根据陨石中铁、镍金属含量将陨石划分为：
1,石陨石：
球粒陨石 铁镍金属小于 30％
无球粒陨石 铁镍金属小于等于 1％
2,铁 -石陨石,铁镍金属 30％ ～ 95％
3,铁陨石,铁镍金属大于 95％
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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1.石陨石,主要由硅酸盐矿物组成 。
球粒陨石,最常见的陨石类型 。 球粒一般由 橄榄石 和 斜方辉石 组成,球粒间的基质常由镍铁,陨硫铁,斜长石,橄榄石,辉石等组成 。
无球粒陨石,硅酸盐相达 98％ 以上,几乎不含金属相 。
陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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球粒陨石（ 5个化学群）
E群 (顽辉石球粒陨石 )
H群 (高铁群普通球粒陨石 )
L群 (低铁群普通球粒陨石 )
LL群 (低铁低金属普通球粒陨石 )
C群 (碳质球粒陨石 )
陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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2.铁 -石陨石：由大致等体积的硅酸盐相和铁镍相组成石 -铁陨石（ 硅酸盐相 /Fe-Ni金属相
=80-50%）
陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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3.铁陨石：主要由铁纹石和镍纹石两种矿物组成。其镍的质量分数为 4
％～ 30％。除金属矿物外，还有少量副矿物。
陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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三,陨石的成因
1.球粒陨石的成因
（ 1）碳质球粒陨石碳质球粒陨石是一种罕见的特殊陨石类型,一般认为碳质球粒陨石是太阳系中初期形成的陨石 。
碳质球粒陨石中的非挥发性组分,(如 Fe,Si、
Mg,Al,Ca等 )代表了太阳星云的平均化学成分,
其元素丰度同太阳中所观察到的非挥发性元素丰度几乎完全一致 (下 图 ）
陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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（ 2）普通球粒陨石成因：
1）太阳强辐射使宇宙尘埃重熔凝聚
2）陨石、尘埃之间冲击加热熔融特征：失去挥发性元素
2,无球粒陨石和铁陨石的成因经历过较大星体环境和发生过熔融分异作用陨石的的成因太阳系的形成与化学组成
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3.陨石的母体及源区
(1) 火星与木星之间的小行星带
(2) 小行星的类型：
– C型：类似碳质球粒陨石；
– S型：硅酸盐；
– M型：金属铁为主；
– E型：顽火辉石为主；
– O型：普通球粒陨石为主；
轨道上的分布,S型 较 C型 更靠近太阳陨石的的成因太阳系的形成与化学组成
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陨石平均化学组成元素 铁陨石 石陨石 陨石平均值
O - 3 5,7 1 3 1,5 5
Fe 8 9,7 0 2 3,3 1 3 0,7 0
Si - 1 8,0 7 1 5,8 2
Mg - 1 3,6 7 1 2,1 7
S 0,0 8 1,8 0 2,6 0
Ca - 1,7 3 1,5 2
Ni 9,1 0 1,5 3 1,4 4
Al - 1,5 2 1,3 4
Na - 0,6 5 0,6 0
Co 0,6 2 0,1 2 0,1 1
陨石的的成因太阳系的形成与化学组成
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陨石的收藏与鉴别太阳系的形成与化学组成
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1．外表熔壳：陨石在陨落地面以前要穿越稠密的大气层，陨石在降落过程中与大气发生磨擦产生高温，使其表面发生熔融而形成一层薄薄的熔壳。
因此，新降落的陨石表面都有一层黑色的熔壳，
厚度约为 1毫米。
2．表面气印：另外，由于陨石与大气流之间的相互作用，陨石表面还会留下许多气印，就象手指按下的手印。
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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3．内部金属：铁陨石和石铁陨石内部是有金属铁组成，这些铁的镍含量很高（ 5－
10％）。球粒陨石内部也有金属颗粒，
在新鲜断裂面上能看到细小的金属颗粒。
4．磁性：正因为大多数陨石含有铁，所以
95％的陨石都能被磁铁吸住。
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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5．球粒：大部分陨石是球粒陨石（占总数的 90％），这些陨石中有大量毫米大小的硅酸盐球体，称作球粒。在球粒陨石的新鲜断裂面上能看到圆形的球粒。
扁光显微镜下的球粒陨石陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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6,维斯台登结构是铁陨石特有的结构特征。是八面体铁陨石的典型结构，为镍纹石晶片沿（ 100）、
（ 110）和（ 111）三个方向构成类似“席状”的结构。
Toluca铁陨石 1776
年发现于墨西哥,陨石分类 IAB,总重 3吨,
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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Campo del Cielo陨石这张为表面祛除熔壳和锈蚀层的照片这一张为切片图片,
维斯台登构造明显陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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新疆铁陨石属于 IIIE型铁陨石，
1988年发现于新疆准葛尔盆地东北边缘的青河县银牛沟，北纬 47°,东经 88°,重～ 28吨。
这是我国最大的铁陨石，
位居世界第三。
新疆铁陨石目前存放于新疆地质矿产博物馆。
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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新疆铁陨石的近照，可以看见其的“维氏台登结构”
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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7．比重：铁陨石的比重为 8克 /cm3，
远远大于地球上一般岩石的比重。球粒陨石由于含有少量金属，其比重也较重。
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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一,太阳系的组成
太阳系由太阳,行星,行星物体 (宇宙尘,彗星,小行星 )和卫星组成,其中太阳的质量占太阳系总质量的 99.8％,其他成员的总和仅为 0.2％ 。
水星、金星,地球,火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星太阳系的形成与化学组成
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二、太阳系化学组成的研究方法获取宇宙元素丰度的途径有：
① 直接采样分析,如直接测定地壳岩石,各类陨石和月球岩石的样品；
② 光谱分析,如对太阳光谱进行定性和定量测定；
③ 由物质的物理性质与成分的对应关系来进行推算 ;
④ 利用宇宙飞行器对邻近地球的星体进行观察,直接测定或取样分析；
⑤ 分析测定气体星云和星际间物质；
⑥ 分析研究宇宙射线 。
太阳系的形成与化学组成
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太阳是炽热气态物质构成的球体,直径为
1,391,000 km,质量为 1.983× 1033g,相当于地球质量的 33万倍 。
太阳的平均密度为 1,41g／ cm3,表面温度达
6000° K。 太阳上存在着热核反应 。
太阳外表的稀薄大气层,称为日冕 (Corona),由等离子体构成 。 这种等离子体以每秒几百公里的速度向四周扩散,形成的粒子流称为太阳风 。
三、太阳的化学组成太阳系的形成与化学组成
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由于太阳具有异常的高温，其中的物质具有通过热运动强烈均匀化的条件，因而推断太阳大气圈的化学成分可能与太阳中心的成分差异不大。
太阳表面极高的温度，使各种元素的原子都处于激发状态，不断辐射出各自的特征光谱。太阳光谱的谱线数和谱线的波长主要取决于太阳表层中的元素，而谱线的亮度取决于,元素的相对丰度、
温度、压力和其他条件。
三、太阳的化学组成太阳系的形成与化学组成
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在温度和压力恒定的条件下，谱线的亮度与元素的丰度成正比。
因此，通过测定太阳光谱中不同波长谱线的强度，
就可以得到太阳中相应元素的丰度。
人们在太阳中已发现了 85种元素。多数人认为还有些元素在太阳表层中的丰度过低，现有的光谱分析技术还不能检出它们。
太阳表层的元素丰度通常表示为相对于 106个硅原子的各元素的原子数。选择硅作为标准是因为硅在太阳表面分布广、含量稳定且挥发性又小。
三、太阳的化学组成太阳系的形成与化学组成
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四、太阳系元素的丰度
1,太阳系元素的丰度也称宇宙丰度 。
戈尔德斯密特 (1937)根据陨石,太阳和行星化学组成的对比,首次计算出元素的太阳系丰度 。 其中,H,He和其他挥发组分主要依据太阳光谱分析获得,非挥发性元素主要以陨石化学为依据 。
此后,卡麦隆 (1959),休斯和尤里等都进行了此项研究 。 最新的数据是 Anders等于 1989年发表的 。
太阳系的形成与化学组成
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元素的宇宙丰度特征由此可见,H和 He是太阳上含量最高的两个元素
H
He
太阳系的形成与化学组成
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1) 在所有元素中 H,He占绝对优势,H占 90%,He占
8% 。
2）太阳系元素的丰度随着原子序数（ Z） 的增大而减少，曲线开始下降很陡，以后逐渐变缓。在原子序数大于 45的重元素范围内，丰度曲线近于水平，丰度值几乎不变。
3）偶序数元素的丰度大于相邻奇序数元素的丰度，
这一规律称之为 Oddo-Harkins（ 奥多 -哈金斯）
法则，也称偶数规则。
2,元素的宇宙丰度特征太阳系的形成与化学组成
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2,元素的宇宙丰度特征按质子数（ Z） 和中子数（ N） 可分为四种类型：
类型 例 质子 /中子 种数
(1) 偶 -偶型 8O16 8/8 166
(2) 偶 -奇型 4Be9 4/5 55
(3) 奇 -偶型 3Li7 3/4 47
(4)奇 -奇型 5B10 5/5 5
偶数规律在核素（ Z.N） 丰度上亦体现出来：
偶（ Z） 偶（ P） >偶奇? 奇偶 >奇奇。
太阳系的形成与化学组成
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五、月球及行星的元素组成太阳系的形成与化学组成
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（一）月球的化学组成
月球距地球的平均距离为 384402 km,半径为
1735km,体积为 22× l09km3,平均密度为 3.34g／
cm3。
月壳的地形分为月海和高地两部分,
月海为地势低洼,
高地为山地地势 。
太阳系的形成与化学组成
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月球是地球的卫星,是行星比较地质学的主要研究对象 。 月球完全缺失大气层,表面温度白天
+115?C,晚上 -135?C 。
大陆约占月球表面的 84%,由结晶的基性岩组成,
布满了环状的陨石冲击坑 。 月海岩石主要由玄武岩组成,年龄在 4200-3100Ma左右 。
没有水和 CO2的痕迹,内部活动已经停止 。
（一）月球的化学组成太阳系的形成与化学组成
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（一）月球的化学组成
月岩主要有三种类型：
(1)月海玄武岩 。 分布于相对低洼的广阔地区 。 主要由斜长石,单斜辉石和钛铁矿组成 。 在化学成分上与地球上的大洋拉斑玄武岩相似,但 Ti02和 FeO含量较高 。
(2)高地斜长岩 。 分布于月球高地 。 其化学成分以富铝为特征,Ti02和 FeO含量偏低 。
太阳系的形成与化学组成
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（一）月球的化学组成
月岩主要有三种类型：
(3)高地玄武岩 。 主要由基性斜长石,单斜辉石和钛铁矿组成 。
同月海玄武岩相比,铁和不透明矿物含量偏低,斜长石含量偏高,富铝 。
高地玄武岩中,有一种富钾,稀土和磷的岩石,被称为,KREEP”。 这种岩石在地球上未曾发现,其化学成分类似花岗岩,故又被称为,月球花岗岩,。
太阳系的形成与化学组成
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由于行星表层温度较低,缺乏原子光谱的激发条件,无法用光谱资料估算其成分 。
近年来,通过宇航探测器对行星大气的测定,
使人们对行星大气化学成分有了一些了解 。
分析显示,类地行星与外行星大气层成分有明显差异,类地行星缺乏原始星云中气体组分 (H2,He),外行星则相对富含这种组分 。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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类地行星 与类木行星
行星沿着椭圆形轨道绕太阳运行,它们可以被划分成两种类型：
接近太阳的行星较小,为内行星,有水星,金星,地球和火星,也被称为类地行星；
远离太阳的较大行星为外行星,有木星,土星,
天王星,海王星,称类木行星 。
太阳系的形成与化学组成
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在火星和木星之间存在着由数以兆计由小行星组成的小行星带 。 小行星的大小相差极大,其中最大的谷神星直径达 770km。 据估计,直径大于
10km的小行星有 104个,而直径大于 1 m的则有
1011个 。
有些小行星的轨道横切行星的轨道,它们陨落到行星表面的几率较大,在已陨落到地球表面的陨石中,已发现有两个星体的轨道曾位于小行星带内太阳系的形成与化学组成
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类地行星
水星 直径为地球的 2/5，密度 5.43，主要成分为铁质岩石。大气稀薄，以氢和氦为主，表面温度 -173— +143?C,表面形态与月球相似。
金星 各种参数与地球相似，构造活动很活跃，
仍有火山作用，表面岩石主要为玄武岩。大气厚密，表面气压为 90 个 atm,主要成分为 CO2，
温度达 467?C。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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类地行星
地球 稍大于金星，较快的自转速度形成了很强的磁场。
火星 直径约为地球的 1/2，质量相当于地球的 38%，自转速度与地球相似。
大气稀薄，主要为 CO2,温度 -28 — -
139?C,曾有与地球相似的外动力地质过程。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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类木行星
木星 个体最大，质量是地球的 318倍，大气层厚度达 1000km,以氢和氦为主，表面可能是高压下的液态圈层。木星也有光环。
土星 质量为地球的 95倍，平均密度仅为 0.7，是太阳系行星中密度最小的。土星最引人注目的是它的光环，其厚度只有 15-20km,宽度却达
200,000km,主要物质是石块和冰块，其他性质与木星相似。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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类木行星
天王星 有九条光环，表面温度在 -200?C 以下。特点是自转轴与公转轨道平面平行。
海王星 是在 19世纪经过计算发现的，体积约为地球的 4倍，表面温度在 -200?C 以下。特点是两颗卫星以不同的方向运行。
冥王星 太阳系中一颗独特的行星，表面温度在 -220?C 以下，发现固态甲烷。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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其他星体
小行星 位于火星和木星之间,编号命名的已有
3000多颗,最大一颗直径约 1003km,一般认为是太阳系形成时由于某种原因,未能积聚成大行星 。 小行星可能蕴涵着太阳系形成的信息 。
彗星 沿扁率很大的椭圆轨道运行,由岩石碎块和气体组成,密度很小 。 著名的哈雷彗星每 76年光顾地球一次,其质量是地球的六亿分之一,慧尾的密度极小,仅为 10-17g/cm3左右 。
陨星 是宇宙中漂浮的石质或铁质的小天体,未发现地球中没有的元素 。
（二）行星的化学组成太阳系的形成与化学组成
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行星的化学成分特征随与太阳距离增加（ Morgan,1980）
1,Fe,Co,Ni,Cr等行星核的元素减少。
2,形成壳 -幔的元素 Si,Mg,Al,Ca增多。
太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者天外来客 太空使者
— 陨 石太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者通古斯大爆炸 (Tunguska event)
1908年 6月 30日，在俄罗斯帝国西伯利亚森林的通古斯河畔，
突然爆发出一声巨响，巨大的蘑菇云腾空而起，天空出现了强烈的白光，气温瞬间灼热烤人，爆炸中心区草木烧焦，七十公里外的人也被严重灼伤，还有人被巨大的声响震聋了耳朵。不仅附近居民惊恐万状，而且还涉及到其它国家。英国伦敦的许多电灯骤然熄灭，一片黑暗；欧洲许多国家的人们在夜空中看到了白昼般的闪光；甚至远在在洋彼岸的美国，
人们也感觉到大地在抖动 …… 具体的发生的时间是早上 7：
17分，位置在北纬 60.55度、东经 101.57度，靠近通古斯河附近 (今属俄罗斯联邦埃文基自治区 )。
太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者
其破坏力后来估计相当于 1500-2000万吨 TNT炸药，
并且让超过 2150平方公里内的 6千万棵树倒下。大约当地时间早上 7,15分左右，在贝加尔湖西北方的当地人观察到一个巨大的火球划过天空，其亮度和太阳相若。数分钟后，一道强光照亮了整个天空，
稍后的冲击波将附近 650公里内的窗户玻璃震碎，
并且观察到了蕈状云的现象。这个爆炸被横跨欧亚大陆的地震站所记录，其所造成的气压不稳定甚至被当时英国刚发明的气压自动记录仪所侦测。
太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者
历史上关于通古斯大爆炸的各种学说多年来，有关通古斯大爆炸的原因说法不一，从 1927年开始寻找陨石碎片以来，人们不断提出各种假说，试图揭示通古斯大爆炸的原因，其中包括陨石撞击说、核爆炸说、飞船坠毁说、黑洞撞击、反物质陨石湮灭、提出外星文明回应地球信号说、闪电引发甲烷气体爆炸说等 ……
太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者
前苏联科学家、第一位亲临通古斯现场的莱奥尼德 ·库利克认为,1908年通古斯大爆炸是由于一颗流星落到了地面
意大利核物理学家用重同位素法测试出,1908年被击毁的冷杉，其微量元素的含量远远高于其它年份的含量，而这些微量元素不可能源于地球，
证明了大爆炸与陨石有关。
太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者
美国科学家在实验室里，用计算机模拟出了大爆炸的真空效果：当一块直径约 200英尺的陨石以 45° 角撞向地球时，由于与大气的剧烈摩擦，使其充分燃烧和分解，恰好在距地 4英里的高空处爆炸，冲击波扬起的地面尘埃高达大气外层，反射回的日光恰好解释了当年通古斯卡周边地区的如昼之夜。
太阳系的形成与化学组成
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1976年 3月 8日 15时 1分 50秒左右，一颗重约 4吨的陨石从地球公转轨道的后方以每秒 15－ 18公里的相对速度追上地球，似不速之客从天而降，霎时间火光熠熠，
响声隆隆；当它飞临吉林省吉林市北郊 19公里高空时发生了一场蔚为壮观的陨石雨。这就是闻名中外的吉林陨石雨。这场陨石雨数量之多（共收集到 138块标本）、重量之大（总重量超过 2700公斤）、分布之广
（东西长 72公里，南北宽 8公里，近 500平方公里），
世界罕见。其中，最大的,吉林一号,陨石重达 1770
公斤，是目前已知的世界上最大的单块石陨石。
吉林陨石雨太阳系的形成与化学组成
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天外来客 太空使者邮票上的“吉林一号”陨石吉林陨石雨太阳系的形成与化学组成
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地球历史上的陨星碰撞遗迹－陨石坑尤卡坦陨石坑墨西哥尤卡坦半岛契克苏勒伯陨石坑，
直径有 198千米。
肇事者是 6500万年前一颗直径为 10到
13千米的小天体。
陨石坑被埋藏在
1100米厚的石灰岩底下，先被石油勘探工作者发现，随即又被“奋进号”
航天飞机通过遥感技术证实了它的存在。
导致恐龙灭绝的大碰撞陨星碰撞遗迹－陨石坑太阳系的形成与化学组成
34/65 南非的 vredefort陨石坑在目前人类能够找到的天体撞击遗迹中，最大也是最古老的南非“伏利德佛”陨石坑，直径长达 140公里，
已经有 19.7
亿年的历史。
陨星碰撞遗迹－陨石坑太阳系的形成与化学组成
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美国内华达州亚利桑那巴林杰陨石坑陨星碰撞遗迹－陨石坑太阳系的形成与化学组成
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德国的 ries陨石坑陨星碰撞遗迹－陨石坑太阳系的形成与化学组成
37/65 月球表面的一个陨石坑陨星碰撞遗迹－陨石坑太阳系的形成与化学组成
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陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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陨石之所以受到科学家的重视，是因为到目前为止，除了宇航员从月球取回的样品以外，
陨石是人类能够得到的唯一的地球以外的宇宙固体物质，而且它们可能来自比月球遥远得多的宇宙深处。这些陨石给人类带来太阳系形成演化，甚至太阳系外天体的丰富信息。
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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天体演化的科学研究告诉我们，像太阳这样的恒星形成以前，在宇宙的一定空间存在着大团的黑暗尘埃气体云，后来由于物质颗粒相互间的引力吸积作用，周围更多的物质被吸引过来，而且原来极小的颗粒逐渐聚合成较大的像芝麻粒大小的球粒。这些日益浓密的物质又分裂成数以百计的云团，每个云团又由于引力塌缩作用而更加浓密，并使云团中央的温度增高而发出光芒，这就形成所谓的原恒星。独立成长的原恒星继续收缩，并开始旋转。周围的尘埃和气体受其影响也跟着旋转，并逐渐遍化成圆盘状。
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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当集中的物质达到足够的量级时，原恒星核心的原子反应炉便被点燃，变成真正的恒星。高温产生的气体以强劲的星风的形式向圆盘的上下两个方向逃逸，好象是两道强烈的光束。星风的力量吹跑恒星周围大部分围绕的尘埃和气体云，而处于圆盘中的物质则不断地继续自相吸引、增大并固结成行星家族，就像我们的太阳系一样。经过一段时间，恒星发光的强度逐渐稳定下来，进入,主序星,行列。太阳就是一颗标准的主序星，它在 50亿年前形成，而且将会像现在这样继续燃烧 100亿年。
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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我们所说的球粒陨石，就是最初浓密云团吸积作用形成的小颗粒。但这些小颗粒组成的小块岩石运气不够好，没有能够继续吸积增大成为地球或者太阳那样的巨大天体，变成了天体“进化”途中被遗弃的小行星、彗星、或更小的碎块在茫茫太空中游荡。
某些偶然的因素使这些流浪汉闯入地球引力场，被捕获降落成为陨石。
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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当然，人类回收的陨石中还有铁镍陨石和无球粒陨石等其它种类，这些陨石则属于已经形成的行星或者恒星的核心部分的碎块，由于超新星爆炸或天体碰撞等原因飞散到宇宙空间的。中国在南极回收的
4块陨石中就有 1块是铁镍陨石，金属含量大于
95%，属于分异的天体 (恒星或者行星 )核部的碎块。
其余的则属于球粒陨石，是太阳系星云最初开始吸积时形成的固体物质，比地球的年龄更古老，可以说是太阳系“进化”过程中的“化石”。
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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二、陨石类型与化学组成
（一）陨石研究的意义
1.确定太阳系的物质组成,它是认识宇宙天体、行星的成分、性质及其演化的最易获取、数量最大的地外物质 ;也是认识地球的组成、
内部构造和起源的主要资料来源,
2.探索生命起源,陨石中的 60多种有机化合物是非生物合成的“前生物物质”，对探索生命前期的化学演化开拓了新的途径
3.研究行星形成演化
4,为研究地球物质演化与分异提供一个参照系 (如球粒陨石标准化图解 )
5.防止自然灾害陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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铁陨石石陨石铁石陨石球粒陨石无球粒陨石顽火辉石球粒陨石普通球粒陨石碳质球粒陨石
H组（富铁）
L组（贫铁）
LL组（极贫铁）
I组
II组
III组玄武质顽火紫苏橄榄陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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（二）陨石的分类
陨石主要由铁、镍金属和硅酸盐组成，根据陨石中铁、镍金属含量将陨石划分为：
1,石陨石：
球粒陨石 铁镍金属小于 30％
无球粒陨石 铁镍金属小于等于 1％
2,铁 -石陨石,铁镍金属 30％ ～ 95％
3,铁陨石,铁镍金属大于 95％
陨石的地球化学意义太阳系的形成与化学组成
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1.石陨石,主要由硅酸盐矿物组成 。
球粒陨石,最常见的陨石类型 。 球粒一般由 橄榄石 和 斜方辉石 组成,球粒间的基质常由镍铁,陨硫铁,斜长石,橄榄石,辉石等组成 。
无球粒陨石,硅酸盐相达 98％ 以上,几乎不含金属相 。
陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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球粒陨石（ 5个化学群）
E群 (顽辉石球粒陨石 )
H群 (高铁群普通球粒陨石 )
L群 (低铁群普通球粒陨石 )
LL群 (低铁低金属普通球粒陨石 )
C群 (碳质球粒陨石 )
陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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2.铁 -石陨石：由大致等体积的硅酸盐相和铁镍相组成石 -铁陨石（ 硅酸盐相 /Fe-Ni金属相
=80-50%）
陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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3.铁陨石：主要由铁纹石和镍纹石两种矿物组成。其镍的质量分数为 4
％～ 30％。除金属矿物外，还有少量副矿物。
陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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三,陨石的成因
1.球粒陨石的成因
（ 1）碳质球粒陨石碳质球粒陨石是一种罕见的特殊陨石类型,一般认为碳质球粒陨石是太阳系中初期形成的陨石 。
碳质球粒陨石中的非挥发性组分,(如 Fe,Si、
Mg,Al,Ca等 )代表了太阳星云的平均化学成分,
其元素丰度同太阳中所观察到的非挥发性元素丰度几乎完全一致 (下 图 ）
陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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陨石的 地球化学 意义太阳系的形成与化学组成
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（ 2）普通球粒陨石成因：
1）太阳强辐射使宇宙尘埃重熔凝聚
2）陨石、尘埃之间冲击加热熔融特征：失去挥发性元素
2,无球粒陨石和铁陨石的成因经历过较大星体环境和发生过熔融分异作用陨石的的成因太阳系的形成与化学组成
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3.陨石的母体及源区
(1) 火星与木星之间的小行星带
(2) 小行星的类型：
– C型：类似碳质球粒陨石；
– S型：硅酸盐；
– M型：金属铁为主；
– E型：顽火辉石为主；
– O型：普通球粒陨石为主；
轨道上的分布,S型 较 C型 更靠近太阳陨石的的成因太阳系的形成与化学组成
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陨石平均化学组成元素 铁陨石 石陨石 陨石平均值
O - 3 5,7 1 3 1,5 5
Fe 8 9,7 0 2 3,3 1 3 0,7 0
Si - 1 8,0 7 1 5,8 2
Mg - 1 3,6 7 1 2,1 7
S 0,0 8 1,8 0 2,6 0
Ca - 1,7 3 1,5 2
Ni 9,1 0 1,5 3 1,4 4
Al - 1,5 2 1,3 4
Na - 0,6 5 0,6 0
Co 0,6 2 0,1 2 0,1 1
陨石的的成因太阳系的形成与化学组成
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陨石的收藏与鉴别太阳系的形成与化学组成
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1．外表熔壳：陨石在陨落地面以前要穿越稠密的大气层，陨石在降落过程中与大气发生磨擦产生高温，使其表面发生熔融而形成一层薄薄的熔壳。
因此，新降落的陨石表面都有一层黑色的熔壳，
厚度约为 1毫米。
2．表面气印：另外，由于陨石与大气流之间的相互作用，陨石表面还会留下许多气印，就象手指按下的手印。
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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3．内部金属：铁陨石和石铁陨石内部是有金属铁组成，这些铁的镍含量很高（ 5－
10％）。球粒陨石内部也有金属颗粒，
在新鲜断裂面上能看到细小的金属颗粒。
4．磁性：正因为大多数陨石含有铁，所以
95％的陨石都能被磁铁吸住。
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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5．球粒：大部分陨石是球粒陨石（占总数的 90％），这些陨石中有大量毫米大小的硅酸盐球体，称作球粒。在球粒陨石的新鲜断裂面上能看到圆形的球粒。
扁光显微镜下的球粒陨石陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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6,维斯台登结构是铁陨石特有的结构特征。是八面体铁陨石的典型结构，为镍纹石晶片沿（ 100）、
（ 110）和（ 111）三个方向构成类似“席状”的结构。
Toluca铁陨石 1776
年发现于墨西哥,陨石分类 IAB,总重 3吨,
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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Campo del Cielo陨石这张为表面祛除熔壳和锈蚀层的照片这一张为切片图片,
维斯台登构造明显陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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新疆铁陨石属于 IIIE型铁陨石，
1988年发现于新疆准葛尔盆地东北边缘的青河县银牛沟，北纬 47°,东经 88°,重～ 28吨。
这是我国最大的铁陨石，
位居世界第三。
新疆铁陨石目前存放于新疆地质矿产博物馆。
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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新疆铁陨石的近照，可以看见其的“维氏台登结构”
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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7．比重：铁陨石的比重为 8克 /cm3，
远远大于地球上一般岩石的比重。球粒陨石由于含有少量金属，其比重也较重。
陨石的鉴赏太阳系的形成与化学组成
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