Tôi khuyên những người nghĩ rằng mình đã tìm thấy một thiên thạch đá nên đến một phòng thí nghiệm để phân tích hóa học , nơi có thể cung cấp cái mà chúng tôi, những nhà địa hóa học, gọi là dữ liệu thành phần nguyên tố “toàn bộ đá”. Có một số cách khác nhau để xác định một tảng đá có phải là thiên thạch hay không. Phân tích hóa học là một phương pháp tốt vì nó rẻ hơn hầu hết các xét nghiệm khác và kết quả thường rõ ràng. Điều đó có nghĩa là, với phân tích hóa học, tôi sẽ không nói “Tôi vẫn chưa biết” hoặc “Có thể”. Nếu bạn có một thiên thạch sắt tiềm năng, hãy xem tại đây.
Như tôi đã giải thích ở nơi khác , dữ liệu thành phần thu được bằng phương pháp quang phổ huỳnh quang tia X phân tán năng lượng, đặc biệt là dữ liệu thu được bằng máy phân tích tia X cầm tay (XRF), không đủ để xác định xem một loại đá có phải là thiên thạch hay không.
Để bạn có thể tự kiểm tra dữ liệu của mình, tôi trình bày ở đây các biểu đồ về nồng độ và tỷ lệ nồng độ của một số nguyên tố hóa học trong thiên thạch so với đá mà người ta đã phân tích tại các phòng thí nghiệm thương mại. Ngoại trừ Mn (mangan), Cr (crom) và Ni (niken), tất cả các nguyên tố được biểu thị ở đây đều được các nhà địa hóa học gọi là “nguyên tố chính” vì chúng thường xuất hiện ở nồng độ phần trăm. Các nguyên tố chính phản ánh thành phần khoáng vật học, đây là cách tốt nhất để phân biệt hầu hết các thiên thạch đá với bất kỳ loại đá nào trên Trái Đất.
Trục ngang của tất cả các biểu đồ là “Fe 2 O 3 (T) + MgO”. Hầu hết các phòng thí nghiệm phân tích đá đều báo cáo nồng độ sắt là ” tổng sắt (T) là Fe 2 O 3 ” vì trong đá đất, phần lớn hoặc hầu hết sắt tồn tại dưới dạng Fe (III), tức là sắt ferri. Tuy nhiên, có rất ít hoặc không có Fe (III) trong các thiên thạch mới rơi; tất cả đều là Fe (II), sắt ferri và Fe (không), kim loại. Tuy nhiên, để thuận tiện, tôi sử dụng Fe 2 O 3 trong các biểu đồ. Nếu bạn đã thực hiện phân tích, chỉ cần cộng các giá trị Fe 2 O 3 và MgO lại với nhau để so sánh. Nếu bạn có các giá trị Fe được báo cáo là FeO, chỉ cần nhân giá trị FeO với 1,111 để có được Fe 2 O 3 .
Trong các truyền thuyết, tỷ lệ phần trăm (%) thể hiện độ phong phú tương đối của từng loại thiên thạch trong số các thiên thạch đá. Tôi không thể nhấn mạnh điều này đủ: Hầu hết (88%) thiên thạch đá là chondrite thông thường; tất cả các loại khác đều hiếm.
Hình 1. Nhiều loại đá trên cạn có nồng độ SiO 2 (silica) cao hơn bất kỳ thiên thạch nào vì chúng chứa thạch anh và thiên thạch không chứa bất kỳ lượng thạch anh hoặc khoáng chất silica nào đáng kể. Nếu SiO 2 lớn hơn 60%, thì loại đá đó không phải là thiên thạch. Ngoại lệ duy nhất có thể là đá granit Mặt Trăng, đây là thành phần không đáng kể về thể tích trong bộ sưu tập Apollo và chưa có thiên thạch granit nào được tìm thấy. Các loại đá trên cạn có hàm lượng SiO 2 thấp chủ yếu là đá vôi [Fe 2 O 3 (T) + MgO thấp] và quặng sắt [Fe 2 O 3 (T) + MgO cao]. Hầu hết các loại đá trên cạn có 12-26% Fe 2 O 3 (T) + MgO và 45-52% SiO 2 đều là đá bazan hoặc đá núi lửa có liên quan. Một số thiên thạch cũng là bazan (Mặt Trăng, Sao Hỏa, HED) nhưng bazan hành tinh có xu hướng có nhiều Fe 2 O 3 (T) + MgO (22-42%) và Cr hơn nhưng lại ít Al 2 O 3 , Na 2 O và K 2 O hơn bazan trên cạn.
Hình 2. Hầu hết các thiên thạch, đặc biệt là thiên thạch Mặt Trăng, có nồng độ nhôm (Al2O3) cao hơn đá trên Trái Đất có thành phần Fe2O3 ( T ) +MgO tương tự. Để biết lý do tại sao thiên thạch Mặt Trăng lại có xu hướng đi theo đường chéo, hãy xem Làm thế nào để biết đó là đá từ Mặt Trăng? và Thành phần hóa học của đất Mặt Trăng . Feldspar (hoặc đất sét có nguồn gốc từ Feldspar) cũng là chất mang nhôm chính trong đá trên Trái Đất. Chondrite có nồng độ Al2O3 thấp vì chúng chứa ít fenspat.
Hình 3. Thiên thạch Mặt Trăng cũng có nồng độ canxi (CaO) cao vì phần lớn plagioclase là plagioclase cực kỳ giàu Ca, anorthite. Đá trên cạn có hàm lượng CaO cao thường giàu canxit (canxi cacbonat), giống như đá vôi có hàm lượng CaO khoảng 50%. Các loại đá trên cạn có hàm lượng CaO tương tự như thiên thạch Sao Hỏa chủ yếu là đá bazan, có thành phần khoáng vật tương tự như bazan Sao Hỏa (nhưng xem Na2O và K2O bên dưới). Chondrite có hàm lượng CaO thấp. Một lần nữa, 88% thiên thạch đá là chondrite, vì vậy đá có hàm lượng Ca cao có lẽ không phải là thiên thạch.
Hình 4a. Tỷ lệ CaO so với Al 2 O 3 thay đổi rất nhiều trong các loại đá trên cạn.
Hình 4b. Ngược lại, trong hầu hết các thiên thạch, hầu như toàn bộ Al 2 O 3 và phần lớn CaO đều được fenspat mang theo, do đó có rất ít sự thay đổi trong CaO/Al 2 O 3 .
Hình 5. Trong số các thiên thạch, magie ( MgO) nhất thiết phải tăng theo tỷ lệ Fe2O3 ( T ) +MgO. Một số loại đá trên cạn nằm ngoài xu hướng này vì chúng có tỷ lệ MgO/Fe2O3 ( T ) nằm ngoài phạm vi của thiên thạch. Đá trên cạn có hàm lượng MgO cao chủ yếu là đá siêu mafic như peridotit, dunit và serpentinit. Đá có hàm lượng MgO thấp giàu thạch anh, canxit hoặc hematit.
Hình 6. Điều tương tự cũng đúng với sắt [Fe 2 O 3 (T)]. Các thiên thạch có hàm lượng Fe 2 O 3 cao là quặng sắt, thường là các kết tủa hematit .
Hình 7. Tỷ lệ magie/sắt không thay đổi nhiều giữa hầu hết các loại thiên thạch đá. Đá có MgO/Fe2O3 ( T) < 0,2 hoặc > 6 có lẽ không phải là thiên thạch. Chỉ có đá granit Mặt Trăng hiếm mới có tỷ lệ MgO/Fe2O3 ( T) thấp , và chưa có loại nào trong số này được tìm thấy dưới dạng thiên thạch.
Hình 8a. Tỷ lệ mangan so với sắt thay đổi rất nhiều giữa các loại đá trên cạn.
Hình 8b. Tỷ lệ mangan (MnO) so với sắt không thay đổi nhiều giữa các nhóm thiên thạch khác nhau. Tỷ lệ Fe2O3 ( T )/MnO (hoặc Fe/Mn hoặc FeO/MnO) không phải là một phép thử đáng tin cậy đối với thiên thạch như một số nguồn tin cho thấy, mặc dù tỷ lệ <60 không phù hợp với lunaite và >50 không phù hợp với eucrite, chẳng hạn. Nhiều loại đá đất có tỷ lệ Fe2O3 ( T ) /MnO nằm trong khoảng của thiên thạch.
Hình 9. Natri ( Na2O ) là một trong những nguyên tố tốt nhất để phân biệt đá trên cạn và thiên thạch. Hầu hết các loại đá trên cạn đều giàu Na2O hơn bất kỳ thiên thạch nào. Đá có hàm lượng Na2O >2% có lẽ không phải là thiên thạch. Achondrite giàu Na là Grave Nunataks (GRA) 06128/9 .
Hình 10. Natri ( Na2O ) và kali ( K2O ) đều là các nguyên tố kiềm và tất cả các thiên thạch đều có nồng độ thấp các nguyên tố kiềm so với hầu hết các loại đá trên cạn. Đá có hàm lượng K2O lớn hơn 0,6% có lẽ không phải là thiên thạch.
Hình 11. Một trong những nguyên tố tốt nhất để phân biệt thiên thạch với đá trên trái đất là crom (Cr). Hầu như tất cả các thiên thạch đá đều có nồng độ Cr cao so với hầu hết các loại đá trên trái đất. Các thiên thạch nghèo Cr nhất là các thiên thạch mặt trăng fenspat, có nồng độ Al2O3 và CaO cao . Các loại đá trên cạn giàu Cr có xu hướng là các loại đá siêu mafic như dunit, peridotit, pyroxenit và serpentinit. Hầu hết các phân tích sai lệch về thiên thạch của biểu đồ này được thực hiện bởi Actlabs và Actlabs có giới hạn phát hiện Cr là 20 ppm. Tôi đã biểu diễn tất cả dữ liệu Actlabs được báo cáo là “<20 ppm” ở 10 ppm. Hai điểm Cr thấp đối với thiên thạch sao Hỏa (~100 ppm) đại diện cho hai viên đá của Los Angeles .
Hình 12. Nồng độ niken (Ni) cao trong chondrite, thường là 10.000-16.000 ppm (1,0-1,6%). Dữ liệu niken thường không hữu ích để xác định achondrit vì nhiều achondrit có nồng độ Ni trong phạm vi đá trên cạn. Mười trong số 780 phân tích Actlabs về “thiên thạch” được biểu thị ở đây thực chất là thiên thạch: 8 chondrite thông thường, 1 pallasite và 1 thiên thạch sắt. Tôi biết rằng khoảng một nửa số thiên thạch thực này đã được mua và người mua đã phân tích chúng để xác định xem chúng có phải là thiên thạch thực sự hay không. Actlabs có giới hạn phát hiện Ni là 20 ppm. Tôi đã biểu thị tất cả dữ liệu Actlabs được báo cáo là “<20 ppm” ở 10 ppm. Tương tự như vậy, Actlabs thường báo cáo nồng độ Ni đối với chondrite thông thường là “>10.000 ppm”. Tôi đã biểu thị tất cả dữ liệu này ở chính xác 10.000 ppm.
Hình 13. Titan ( TiO 2 ) không thực sự hữu ích trong việc phân biệt thiên thạch với đá đất, ngoại trừ đá đất có <20% Fe 2 O 3 (T) + MgO. Chỉ có thiên thạch bazan trên Mặt Trăng mới có >2% TiO 2 . Một số bazan Apollo có 10-12% TiO 2 nhưng chưa tìm thấy thiên thạch nào như vậy trong số các thiên thạch Mặt Trăng.
Ghi chú, Cảnh báo và Tài liệu tham khảo
1) Terrestrial – Meteorwrong. All the “meteorwrongs” in the plots (white circles) represent rocks that persons have had analyzed and have been sent to me the results. As I note in the Ni (nickel) plot above, 8 of the “meteorwrongs” are actually meteorites.
2) Terrestrial – Geostandard. Many countries have agencies that pulverize large quantities of rock for use as interlaboratory comparison standards. Several hundred geostandards are available that represent all common, and many uncommon, rock types of the earth. For most of these, there are many analytical data available. I have selected from the compilation of Govindaraju (1994) and Korotev (1996) data for 156 such rocks. I have avoided data for soils and unconsolidated sediments, monomineralic rocks (except chert, sandstone, limestone, hornblendite, magnesite), ores (except for some iron ores because these are sometimes mistaken for meteorites), and geostandards that do not have data for the elements that I plot here. In total there are geostandards data for 7 andesites, 5 anorthosites, 17 basalts, 2 carbonatites, 1 chert, 6 diabases, 2 diorites or diorite gneiss, 2 dolomites, 4 dunites, 15 gabbros, 21 granites and related rocks, 5 granodiorites, 1 hornblendite, 6 iron ores or iron-formation rocks, 2 kimberlites, 1 quartz latite, 10 limestones, 2 lujavrites, 1 magnesite, 1 monzonite, 1 norite, 3 peridotites, 1 pyroxenite, 5 rhyolites (including 1 obsidian), 1 sandstone, 5 schists, 3 serpentinites, 12 shales, 2 slates, 6 syenites, 2 tonalites, 3 trachytes, and 2 “ultrabasic rocks.”
3) Terrestrial – Tektite. I have plotted data of Koeberl (1986) for various types of tektites. Note that tektites have compositions like terrestrial rocks (because they are terrestrial rocks!), not like meteorites.
4) All (but 8) of the white points represent terrestrial rocks. All the black points and colored points are for meteorites.
5) All the meteorites in the plots (all square symbols) are stony meteorites, not stony-irons or irons.
6) Most stony meteorites are chondrites, and most chondrites are ordinary chondrites. If you have actually found a meteorite, it is probably some kind of chondrite. That is why I made the points for chondrites black and the ordinary chondrites BIG and black. Chondrites are most dissimilar to earth rocks. Each black point represents the average composition of one of the chondrite groups: H, L, LL, EH, EL, CI, CM, CV, CO, CR, CO, R, Ac, & K. Data from Wasson & Kallemeyn (1988).
7) The lunar meteorite data are from my own database. Each point represents a different meteorite.
8) For the martian meteorites, eucrites, howardites, diogenites, and “other rare achondrites,” each point represents a meteorite or analysis. Data mostly from Jarosewich (1990), Lodders & Fegley (1998), and Mittlefehldt et al. (1998).
9) The plots presented here reasonably represent >99% of all known meteorites.
10) It is like lottery numbers – you do not win unless the composition is consistent with ALL the chemical-composition parameters, not just some of them!
11) I have not shown data for trace elements other than Mn, Cr, and Ni. Data for individual trace elements like Rb, Sr, Zr, Hf, Nb, Ta, Th, U, and the REE (rare-earth elements) are not always useful for distinguishing earth rocks from planetary rocks, although ratios among these elements are often very useful, e.g., rare earth “patterns.”
12) I should show some plots here for chalcophile (sulfur-loving) elements – Cu, Zn, As, In, Sn, and Sb. The problem is that the concentrations of these elements are so low in achondrites that there are few data to plot. Chondrites have considerably higher concentrations of chalcophile elements than do achondrites.
Chalcophile-element concentrations in chondrites (range of group means of Wasson & Kallemeyn, 1988). Values in ppm
| Cu | Zn | As | In | Sn | Sb |
| 80–185 | 17–312 | 1–4 | 2–80 | 0.7–1.8 | 0.06–0.2 |
So, for example, if you have a rock with >5 ppm As (arsenic), then the rock is not a meteorite. Many terrestrial sedimentary rocks, as well as metamorphic rocks that formed from sedimentary rocks, have concentrations of chalcophile elements much higher than those in the table above.
Tài liệu tham khảo
Govindaraju K. (1994) 1994 compilation of working values and sample description for 383 geostandards. Geostandards Newsletter 18, 1–158.
Jarosewich E. (1990) Chemical analysis of meteorites: A compilation of stony and iron meteorite analyses. Meteoritics 25, 323-327.
Koeberl C. (2006) Geochemistry of tektites and impact glasses. Annual Review of Earth and Planetary Sciences 1986 14, 323-350.
Korotev R. L. (1996) A self-consistent compilation of elemental concentration data for 93 geochemical reference samples. Geostandards Newsletter 20, 217–245.
Lodders K. and Fegley B. Jr. (1998) The Planetary Scientist’s Companion, Oxford University Press, New York, 371 pp.
Mittlefehldt D. W., McCoy T. J., Goodrich C. A., and Kracher A. (1998) Chapter 4. Non-chondritic meteorites from asteroidal bodies. In Reviews in Mineralogy, Vol. 36, Planetary Materials (ed. J. J. Papike), pp. 4-1–4-195, Mineralogical Society of America, Washington.
Wasson J. T. and Kallemeyn G. W. (1988) Compositions of chondrites. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, Series A 325, 535-544.
Theo Washu.edu