繆秉魁

隊(duì)員們深夜在藍(lán)冰凹地中找隕石。南極極晝時(shí)期，深夜的天空像是黃昏時(shí)分。

南極是地球上最神奇的大陸，整個(gè)1300多萬(wàn)平方千米的大陸完全被冰層覆蓋，這里也是世界上隕石最富集的地區(qū)。中國(guó)擁有的南極隕石數(shù)量居世界前列，是僅次于日本、美國(guó)的世界隕石大國(guó)。眾所周知，隕石非常罕見(jiàn)，隔幾年才會(huì)有隕石降落的報(bào)道。那么，南極為什么會(huì)出現(xiàn)那么多隕石？難道是因?yàn)榈厍虼艌?chǎng)作用，隕石在降落時(shí)被吸引到南極了嗎？

南極隕石的由來(lái)

早在18世紀(jì)，為了尋找地球南方大陸，英國(guó)航海家詹姆斯·庫(kù)克就開(kāi)始了南極探險(xiǎn)。1839年法國(guó)探險(xiǎn)家迪蒙·迪爾威爾首次踏上了南極大陸。直到1900年，英國(guó)極地探險(xiǎn)家羅伯特·福爾肯·斯科特才真正開(kāi)始了南極考察。在早期半個(gè)世紀(jì)的南極考察中，共有4次發(fā)現(xiàn)了隕石，其中有一塊發(fā)現(xiàn)于藍(lán)冰上，這些隕石都被認(rèn)為是直接降落下來(lái)后被人們發(fā)現(xiàn)的。

考察隊(duì)員在挖雪找隕石。

藍(lán)冰上的隕石，隕石下方有一條白色的雪尾巴。大的藍(lán)冰型隕石常有雪尾巴，它能指示風(fēng)向，因?yàn)樗陔E石的背風(fēng)面。

1969年，日本南極科考隊(duì)在東南極冰蓋Yamato地區(qū)的一片藍(lán)冰上發(fā)現(xiàn)了9塊隕石，當(dāng)時(shí)他們認(rèn)為這些隕石來(lái)自于一場(chǎng)隕石雨，但是后來(lái)分析表明，這些隕石屬于不同的隕石類型，毫無(wú)疑問(wèn)，不是隕石雨。會(huì)不會(huì)9次隕石降落發(fā)生在同一地點(diǎn)呢？根據(jù)歷史上隕石降落分布的規(guī)律，這種可能性微乎其微。是冰川流動(dòng)把不同時(shí)間、降落在不同地方的隕石“搬運(yùn)”到這里。于是，南極冰蓋富集隕石的規(guī)律被發(fā)現(xiàn)了。

這個(gè)規(guī)律為后來(lái)在南極發(fā)現(xiàn)大量隕石提供了理論依據(jù)。事實(shí)證明，南極是隕石寶庫(kù)，這9塊隕石的發(fā)現(xiàn)揭開(kāi)了南極隕石考察的序幕，為提高南極考察的科學(xué)價(jià)值發(fā)揮了重要作用。這位發(fā)現(xiàn)者是日本的地質(zhì)學(xué)家吉田（M. Yoshida）先生，他先后參加南極考察20多次，也曾多次面臨墜落冰崖的危險(xiǎn)。據(jù)他描述，“南極藍(lán)冰表面上非常干凈，很少看到石頭這類東西。當(dāng)時(shí)，我們?cè)谶M(jìn)行地形測(cè)繪工作，發(fā)現(xiàn)了一些黑乎乎的石頭，我是研究地質(zhì)的，對(duì)巖石樣品非常感興趣，但不認(rèn)識(shí)這些石頭，所以就猜測(cè)會(huì)不會(huì)是天外來(lái)客——隕石?！?考察結(jié)束后，一共發(fā)現(xiàn)的9塊樣品經(jīng)實(shí)驗(yàn)室分析，被證明是隕石。此后，日本南極科考隊(duì)開(kāi)啟了隕石搜尋活動(dòng)，經(jīng)過(guò)半個(gè)世紀(jì)的隕石考察，日本現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)近2萬(wàn)塊南極隕石，成為第一個(gè)南極隕石大國(guó)。

另一個(gè)南極隕石大國(guó)是美國(guó)。美國(guó)南極隕石的搜尋離不開(kāi)地質(zhì)學(xué)家威廉·卡西迪（William A. Cassidy）?？ㄎ鞯系目茖W(xué)敏銳性非常強(qiáng)，在一次國(guó)際會(huì)議上，當(dāng)他聽(tīng)到關(guān)于日本發(fā)現(xiàn)9塊南極隕石的報(bào)告時(shí)，就意識(shí)到南極將是一個(gè)隕石寶庫(kù)，他立馬下定決心，一邊聽(tīng)報(bào)告，一邊構(gòu)思組隊(duì)去南極找隕石。雖然在申報(bào)南極隕石項(xiàng)目過(guò)程中遭到不少科學(xué)家的反對(duì)，但后來(lái)日本新發(fā)現(xiàn)數(shù)百塊隕石的事實(shí)和他的極力堅(jiān)持，使得1971年他最終得到了美國(guó)自然科學(xué)基金的支持并開(kāi)始組隊(duì)，開(kāi)啟了美國(guó)南極隕石項(xiàng)目（ANSMET）。他們每年不間斷地進(jìn)行隕石考察，至今收集了2萬(wàn)多塊隕石。因此，美國(guó)和日本成為擁有南極隕石最多的國(guó)家。受美國(guó)南極考察隊(duì)的邀請(qǐng)，筆者曾于2009、2010年參加過(guò)ANSMET項(xiàng)目，前往橫斷南極山脈米勒山區(qū)收集隕石，并發(fā)現(xiàn)了2塊月球隕石。

受日本和美國(guó)的影響，上世紀(jì)80年代，以意大利為首的歐洲聯(lián)隊(duì)也開(kāi)展了南極隕石考察，但是找到的隕石不到800塊。韓國(guó)也組隊(duì)去南極搜尋隕石，但僅獲得200塊左右。而我國(guó)，在南極的格羅夫山地區(qū)共收集了12665塊隕石。

根據(jù)國(guó)際隕石數(shù)據(jù)檢索，目前南極隕石數(shù)量已經(jīng)超過(guò)了5萬(wàn)塊，南極已經(jīng)成為名副其實(shí)的隕石寶藏。

我國(guó)發(fā)現(xiàn)首個(gè)南極隕石富集區(qū)：格羅夫山

在南極考察方面，我國(guó)起步比較晚，1984年才派遣第一支南極科考隊(duì)，但是發(fā)展速度快。在短短30多年時(shí)間里取得了輝煌成就，成為南極考察大國(guó)，包括建立了長(zhǎng)城站、中山站、昆侖站、泰山站、羅斯海新站等5個(gè)考察站，首次考察南極最高點(diǎn)冰穹A（Dome?A），收集了上萬(wàn)塊隕石樣品，開(kāi)展普利茲灣冰架和中山站—冰穹A之間的斷面考察，建立格羅夫山自然保護(hù)區(qū)，等等。

1989年，我國(guó)在東南極邊緣拉斯曼丘陵建立了中山站，為開(kāi)展南極內(nèi)陸考察提供后勤保障基地;1997年，第13次南極考察隊(duì)從中山站出發(fā)向南極內(nèi)陸挺進(jìn)了300千米;1998年，第15次南極考察隊(duì)開(kāi)展了格羅夫山考察，并首次發(fā)現(xiàn)4塊南極隕石，從此揭開(kāi)了我國(guó)南極隕石考察的序幕。此后，我國(guó)南極考察隊(duì)開(kāi)展了6次格羅夫山考察，共收集隕石12665塊，發(fā)現(xiàn)并確認(rèn)首個(gè)南極隕石富集區(qū)：格羅夫山，使我國(guó)成為擁有南極隕石最多的國(guó)家之一，僅次于日本和美國(guó)。

格羅夫山位于東南極伊麗莎白公主地，經(jīng)緯度是南緯72°20′-73°10′，東經(jīng)73°50′-75°40′，北距中山站約500千米，屬于東南極冰蓋內(nèi)陸的冰原島峰群。該地區(qū)面積3200平方千米，其中藍(lán)冰區(qū)占500平方千米，區(qū)內(nèi)出露64座冰原島峰。該地區(qū)平均海拔2000米左右，盛行北東向或東向的下降風(fēng)。冰川越過(guò)陣風(fēng)懸崖后在島峰間受到堵塞，藍(lán)冰形成強(qiáng)烈消融，隕石產(chǎn)生擱淺，形成了隕石富集區(qū)。

第19次南極考察隊(duì)格羅夫山分隊(duì)返回中山站時(shí)合影。

表面像水波浪一樣的藍(lán)冰區(qū)。

藍(lán)冰上的一個(gè)凹坑中，發(fā)現(xiàn)了多顆隕石。

雖說(shuō)在藍(lán)冰上很容易識(shí)別隕石，但是尋找和發(fā)現(xiàn)隕石的過(guò)程是非常曲折和艱難的。這是因?yàn)殡E石的分布不均勻，而且受冰流運(yùn)動(dòng)的影響嚴(yán)重。1998和1999年，首次在格羅夫山發(fā)現(xiàn)的4塊隕石是考察中偶然遇到的，它們屬于不同類型。1999和2000年，第2次格羅夫山考察時(shí)，考察隊(duì)開(kāi)展專門(mén)尋找隕石的“風(fēng)暴行動(dòng)”，經(jīng)過(guò)2個(gè)星期的努力，發(fā)現(xiàn)了28塊隕石，其中一塊是火星隕石“GRV99027”。雖然這次發(fā)現(xiàn)的隕石數(shù)量不是特別多，但是給我們一個(gè)重要信息，格羅夫山可能富集隕石。為此，2002年我國(guó)南極隕石專家委員會(huì)經(jīng)研究討論后指出，格羅夫山應(yīng)該是一個(gè)隕石富集區(qū)，有望找到和發(fā)現(xiàn)更多的隕石樣品。在隕石專家委員會(huì)的建議下，2002年第19次南極考察隊(duì)再次考察格羅夫山，隕石收集是這次考察的核心任務(wù)。筆者負(fù)責(zé)這次考察的隕石考察任務(wù)。

我們這個(gè)小分隊(duì)搭乘澳大利亞極地考察船“極光”號(hào)于2002年12月4日到達(dá)中山站。我們經(jīng)過(guò)緊張的物資和裝備的準(zhǔn)備，于12月15日乘3輛大型雪地車(chē)前往格羅夫山地區(qū)。我們的裝備條件還是不錯(cuò)的：有3輛雪地車(chē)，生活倉(cāng)、乘員倉(cāng)和發(fā)電倉(cāng)各1輛，2輛雪橇運(yùn)載油料，還有雪地摩托。雪地車(chē)為德國(guó)造的“PB240”，性能不錯(cuò)，就是速度太慢;生活倉(cāng)可以做飯，可住2人;乘員倉(cāng)可住8人。經(jīng)過(guò)1個(gè)星期的艱苦旅行，12月23日到達(dá)目的地。

神奇的格羅夫山是世界上隕石最富集的地方。

在南極確定、判斷隕石要比在其它大陸容易得多。這是因?yàn)樵谀蠘O冰蓋上很少有山體和巖石出露，人類活動(dòng)也非常少，所以，如在南極內(nèi)陸的藍(lán)冰面上發(fā)現(xiàn)石塊的話，一般都是隕石，但如果是在南極大陸邊緣發(fā)現(xiàn)的話，那就不一定了。比如，我國(guó)第18次南極科考隊(duì)中山站的一位越冬隊(duì)員曾在海冰上發(fā)現(xiàn)一塊表面光滑的黑色渾圓狀物體，多位隊(duì)員觀察后懷疑是隕石，就帶回去了，但第2天聞到臭氣，才知道原來(lái)是一塊凍結(jié)的海豹屎。根據(jù)我們?cè)谀蠘O格羅夫山地區(qū)找隕石的經(jīng)驗(yàn)，如果在遠(yuǎn)離山體或巖石的藍(lán)冰上發(fā)現(xiàn)石塊，那肯定是隕石，而且基本上都有黑色熔殼。

這次隕石考察，野外搜尋隕石的時(shí)間只有34天，考察非常成功，但是過(guò)程也很曲折。在開(kāi)始的半個(gè)月，我們每天只能發(fā)現(xiàn)2—5塊隕石，半個(gè)月一共找到41塊。根據(jù)日本和美國(guó)科考隊(duì)找隕石的情況，一季考察獲得的隕石數(shù)量最多超過(guò)4000塊，平均每天應(yīng)該超過(guò)100塊。因此，筆者意識(shí)到我們的隕石考察一定存在技術(shù)問(wèn)題：一方面，我們可能沒(méi)有掌握隕石的野外特征，在考察時(shí)，有些隕石樣品被錯(cuò)過(guò)了;另一方面，我們沒(méi)有找到真正的隕石“窩”。這個(gè)階段，我們的壓力非常大。為了解決問(wèn)題，考察隊(duì)開(kāi)展了大量的踏勘工作，有時(shí)甚至冒著生命危險(xiǎn)進(jìn)行野外調(diào)查，有一次筆者還掉進(jìn)了冰縫中，差點(diǎn)為隕石犧牲在南極。

隨后，兩個(gè)重要發(fā)現(xiàn)使我們的隕石考察工作取得了重要突破。當(dāng)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)了一類無(wú)熔殼的隕石，這類隕石一般都富集在冰磧碎石帶中，它們因?yàn)楸ò徇\(yùn)與其它碎石碰撞熔殼產(chǎn)生脫落，因此，我們稱其為“冰磧型”隕石。這類隕石主要發(fā)現(xiàn)于陣風(fēng)懸崖中段的碎石帶，共收集了2684塊。2003年1月16日—22日，根據(jù)冰流運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析，我們發(fā)現(xiàn)了真正的隕石“窩”，在陣風(fēng)懸崖北段收集到1723塊隕石，發(fā)現(xiàn)了最富集隕石的區(qū)域。這次考察共收集4448塊隕石，隕石考察取得了重大突破，這主要?dú)w功于發(fā)現(xiàn)了缺乏熔殼的“冰磧型”隕石和發(fā)現(xiàn)了隕石分布規(guī)律。

2005年，第22次南極考察隊(duì)對(duì)格羅夫山開(kāi)展了第4次考察，這次考察中的隕石搜尋工作主要在陣風(fēng)懸崖中段和北段進(jìn)行，共收集了5354塊隕石。2009年和2013年，第26次南極考察隊(duì)和第30次南極考察隊(duì)分別發(fā)現(xiàn)了1618塊和587塊隕石。我國(guó)經(jīng)過(guò)7次對(duì)格羅夫山的考察，共獲得12665塊隕石樣品，終于成為南極隕石大國(guó)。

2000年第16次南極考察隊(duì)歸國(guó)后，中國(guó)極地研究中心安排專人負(fù)責(zé)保管隕石樣品，當(dāng)時(shí)由中國(guó)南極隕石專家委員會(huì)組織中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)等單位聯(lián)合開(kāi)展隕石分類工作。2003年后，因收集數(shù)量龐大的巨大隕石樣品，中國(guó)極地研究中心建立了南極隕石庫(kù)，并在中國(guó)南極隕石專家委員會(huì)的指導(dǎo)下，制定了南極隕石庫(kù)的相關(guān)管理制度和隕石樣品分配的方法。2006—2008年，在國(guó)家自然科技資源共享平臺(tái)建設(shè)項(xiàng)目的支持下，極地中心開(kāi)展了極地標(biāo)本南極隕石庫(kù)及其共享平臺(tái)的建設(shè)，并向國(guó)內(nèi)外科研單位和國(guó)內(nèi)社會(huì)科普宣傳提供樣品。

南極的隕石為什么比其它大陸多？

為什么在南極會(huì)發(fā)現(xiàn)如此多的隕石呢？會(huì)不會(huì)是受磁極的影響，隕石在降落過(guò)程中被吸引到南極呢？

天文觀察表明，流星飛行速度非?？欤_(dá)到16—60千米/秒，流星在穿過(guò)大氣層時(shí)地球磁場(chǎng)對(duì)它幾乎沒(méi)有影響。所以，南極與其它大陸的隕石降落概率應(yīng)該是一樣的。其實(shí)，南極大陸隕石的出現(xiàn)與冰蓋流動(dòng)過(guò)程有關(guān)，這使冰層中分散的隕石在某些地區(qū)集中暴露出來(lái)。

一方面，南極冰蓋保存了數(shù)量龐大的隕石。據(jù)推算，地球上每1萬(wàn)平方千米每年約有10塊隕石（>20克）降落。南極以外的其它大陸潮濕且溫差大，隕石非常容易風(fēng)化破碎，保存時(shí)間很短，這些大陸自然很難把隕石保留下來(lái)。而南極寒冷干燥，隕石可以保存很長(zhǎng)時(shí)間，最古老的南極隕石已保存幾百萬(wàn)年，比如居地年齡（隕石降落時(shí)間）可達(dá)280多萬(wàn)年。整個(gè)南極大陸上覆蓋了一個(gè)巨大的冰蓋，冰蓋平均厚度約2500米。據(jù)估計(jì)，南極冰蓋形成歷史達(dá)1000多萬(wàn)年。在這漫長(zhǎng)的歷史中，隕石不斷降落并保存在南極冰層中，因此，南極冰蓋可以說(shuō)是隕石的天然寶庫(kù)。

另一方面，南極冰蓋運(yùn)動(dòng)使隕石富集。盡管南極冰蓋中有大量隕石，但是冰蓋表面出露隕石的可能性非常小，這是因?yàn)楸w中隕石的分布非常分散，隕石的數(shù)量相對(duì)于南極冰，可以說(shuō)是滄海一粟。巨大的冰蓋，因地形變化和持續(xù)不斷的積雪，形成10多個(gè)冰川流域，它們從中心向四面流動(dòng)。大部分冰川帶著隕石漂向海洋，但部分冰川受外圍山脈或冰下山系的阻擋上升，在局部地區(qū)冰雪強(qiáng)烈消融或蒸發(fā)，然而隕石不能蒸發(fā)，被逐漸暴露并堆積下來(lái)，經(jīng)過(guò)漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)間，這些地區(qū)隕石產(chǎn)生了富集，這就是南極隕石產(chǎn)生富集的機(jī)制。1976年，美國(guó)的卡西迪先生曾乘直升機(jī)到橫貫?zāi)蠘O山脈考察，從直升機(jī)上看到下面藍(lán)冰之上有一片黑色石頭，他讓直升機(jī)降落下去察看，這些石頭居然全部是隕石。在這種藍(lán)冰消融地區(qū)，由于強(qiáng)烈的下降風(fēng)，難以積雪，會(huì)出現(xiàn)大片的藍(lán)冰。正是這種隕石富集的機(jī)制，才讓我們可能在南極的這些藍(lán)冰區(qū)發(fā)現(xiàn)大量的隕石。

上圖：南極隕石富集機(jī)制圖。上百萬(wàn)年降落在冰蓋中的隕石隨著南極冰川而流動(dòng)，在冰流受阻的消融區(qū)產(chǎn)生富集。下圖：巨石后面的冰溝是尋找隕石的好地方，這就是我們常稱的“隕石窩”。

尋找南極隕石的技巧

在南極冰川上找隕石，不但非常辛苦，而且經(jīng)常要冒很多危險(xiǎn)。但在野外，我們考察隊(duì)員找隕石卻是興趣盎然，甚至深更半夜還樂(lè)此不疲地在冰溝中、巨石下尋寶呢。下面，根據(jù)隕石所在的不同位置，介紹一下我們找隕石的經(jīng)驗(yàn)。

首先，在藍(lán)冰區(qū)。按說(shuō)，藍(lán)冰上的隕石就像是玻璃上的金子，非常好找，在遠(yuǎn)離島峰的藍(lán)冰上一見(jiàn)石頭，大多是隕石。但是，藍(lán)冰區(qū)由于強(qiáng)烈的蒸發(fā)作用，表面形成了一個(gè)個(gè)凹坑，看起來(lái)就像海面上的波紋，在這種藍(lán)冰上行走非常困難和辛苦。隕石幾乎都呆在凹坑的窩窩中，小隕石在遠(yuǎn)處根本看不到，只有走得很近才能發(fā)現(xiàn)。大的隕石，雖然很遠(yuǎn)就能看見(jiàn)，但很難判斷。有一天，我們隊(duì)員發(fā)現(xiàn)藍(lán)冰遠(yuǎn)處一個(gè)黑點(diǎn)，以為是一個(gè)大隕石，馬上朝它走去，可走了一個(gè)多小時(shí)，那個(gè)“隕石”還是很遠(yuǎn)，感覺(jué)還是那么大?；貭I(yíng)地后，他跟我們說(shuō)他發(fā)現(xiàn)了一個(gè)大隕石，但實(shí)在太遠(yuǎn)，讓我們明天派車(chē)去找。我們一聽(tīng)哄然大笑，因?yàn)槲覀円灿蓄愃频慕?jīng)歷，這原來(lái)是遠(yuǎn)處的島峰尖頂受藍(lán)冰表面漫反射光的干擾，看上去就像一塊黑黑的隕石，其實(shí)它離我們有一二十千米遠(yuǎn)。在藍(lán)冰上找隕石，關(guān)鍵是要判斷出遠(yuǎn)處看到的石頭是否是隕石。我們的訣竅是看遠(yuǎn)處石頭的顏色，深黑色一般不是隕石，而在陽(yáng)光下微微發(fā)棕色調(diào)的常常是隕石。

其次，在冰磧碎石帶。冰磧碎石帶是因?yàn)楸ò徇\(yùn)堆積形成的，其中常?；煊须E石。這里的隕石非常不好找，因?yàn)樗鼈兓祀s在碎石中，另外這里的隕石一般個(gè)頭比較小，而且常常因碰撞摩擦熔殼產(chǎn)生脫落，不易區(qū)分。我們?cè)谒槭瘞е姓译E石的訣竅是：一要趴腰。如果直著腰，下面的小隕石就很難看到。二要慢。如果走快了，什么也找不著。三要翻石頭。一些大石頭，要把它們翻過(guò)來(lái)，小隕石常在石頭底下。四要挖雪。南極內(nèi)陸的積雪都是風(fēng)吹過(guò)來(lái)的，我們稱其為“地吹雪”，因石塊之間容易阻擋“地吹雪”，這些地方經(jīng)常被雪覆蓋，所以挖雪也是找隕石的好辦法。

另外，陡崖后的冰溝、巨石后的凹坑也可能有隕石。南極的風(fēng)非常大，100克大小的石頭可以被刮跑。一些小隕石遇到冰溝或坑，就掉進(jìn)去了。因此，在冰溝中常?？梢园l(fā)現(xiàn)許多隕石。

碎石帶的迎風(fēng)坡和坡前藍(lán)冰凹地也是尋找隕石的好地方。隕石常常被風(fēng)刮著跑，遇到藍(lán)冰凹地，風(fēng)速下降，相對(duì)大的隕石就停下來(lái)了，而相對(duì)小的隕石一般就在碎石帶“安家”了。