南极冰事（9）冰盖上的陨石

张武昌 2023年7月6日星期四

一

2023年2月，一只考察队在南极冰盖上发现了一块重达7.6千克的陨石。目前南极已经发现了45，000余个陨石，其中只有100个左右达到这个量级。

二

很久以前，一颗超新星爆发了，强烈的爆炸将自身的物质抛洒到宇宙空间，慢慢的由于万有引力的作用，这些物质逐渐集聚形成了太阳和太阳系的几大行星。

宇宙空间中的石块（大的叫小行星）和尘埃一直不断的掉入地球，持续至今。进入地球大气层的宇宙石块速度太快，与大气层的摩擦产生高温，使得石块在大气层中燃烧，有的燃烧殆尽，叫做流星，有的质量较大，燃烧后尚能留下一些掉落地面，称为陨石（陨落的石头）。

古人观察到陨石和流星，以及天上的星火，认为在天上有许多神仙的宫殿，星星即是宫殿中的灯火，宫殿建筑不够牢靠，共工怒触不周山，使得天塌陷，陨石掉落，女娲用五色石头补天，可见当时就发现陨石和地球的石头有颜色上的差异。再往后，杞人因陨石坠落而忧天。

陨石轰击地球表面，地表各个位置的陨石的可能性是一样的。陨石落地后，如果质量较大，会有大的陨石坑，如果与人的拳头大小相近，则没有明显陨石坑。所以只能根据颜色来判断陨石。南极冰盖（还有北极冰盖）和沙漠是寻找陨石的好地方，因为这两个地方的本色为白色和黄色，与陨石的颜色（多为黑色带彩光）形成鲜明对比。

到目前为止，科学界已知的陨石有60-70%来自南极冰盖。

陨石轰击南极冰盖各个位置的概率是一致的，但是人们陨石被发现的地方集中在如下图所示的几个位置，这是为什么呢？

三

南极冰盖的各个部分处于不同的动态过程中，在冰盖的上部（中心）海拔较高，温度较低，尽管降雪也较少，但是融化和冰的升华也较少，因此冰雪在此累积，重力将冰雪拉向低海拔区域，使得冰盖动态平衡。

在冰盖的下部，海拔较低，温度较高，尽管降雪比上部多一些，但是融化和下降风导致的升华使得冰量减少，称为消融区ablation zone。此处有些区域雪被大风吹走或者融化又冻结成冰，所以没有白雪覆盖，称为蓝冰区blue ice zone。蓝冰区于1949-1952 发现，只占冰盖面积的1%。

南极冰盖的蓝冰区

四

由于上层冰量减少，在上部冰盖的侧压下，下部的冰向上弹起抵消上层的冰量减少，使得冰盖下部维持动态平衡。

上部和下部不同的动态平衡机制之间有一个过渡区域（界限），称为平衡线Equilibrium line。

消融区的重要特点是上部冰盖的深层冰在向大海移动的过程中，得以重见天日，暴露于大气中，称为外翻。

如果基底岩石并不是理想的平面，而是有凸起如山脉，山脉的阻挡加剧了外翻的程度。

五

当陨石掉落到冰盖上，其自身的热量使其隐没于冰面之下，重力和阳光对陨石（色深）和冰雪的不同加热作用使得陨石继续下沉，随着深度增加，陨石下沉的速度逐渐减小。

在陨石沉到冰底之前，来到了蓝冰区域，一层一层的冰消融升华而消失，暴露出冰中包含的陨石，常年累月下来，冰面上就会累积很多的陨石，这个区域称为meteorite stranding zone, MSZ，陨石搁浅区，其字意与鲸在海边浅水搁浅相同，深处的物体来到了浅处并且没有回程。

陨石搁浅区分为两类，如果冰下山脉没有露出冰面，称为开放的MSZ。如果冰下山脉露出冰面，称为封闭的MSZ。

在没有MSZ的情况下，陨石随着冰川进入大海，最终沉入海底。大部分的陨石会走向这个命运。只有少数幸运儿能重见天日，更少数的幸运儿被人们发现，预计露出冰面的陨石约有300,000个，因此还有大量陨石等待着人们去发现。

陨石分为铁质陨石和石质陨石，铁质陨石比重大、颜色深（吸收较多阳光，升温快），所以在冰盖中下沉快，石质陨石比重小、颜色浅，下沉较慢。目前发现的陨石中，两种陨石的数目的比例比南极以外区域的比例不一致，铁质陨石的数目偏少，所以陨石在冰盖中可能存在分层，浅处是石质陨石，深处是铁质陨石。而铁质陨石重见天日的机会小一些。