火星岩石
(1)火星探测器探测火星表面的岩石和土壤。
火星探测器在火星表面进行原位岩石和土壤分析，海盗号飞船通过X射线荧光(XRF)研究火星的土壤。“火星探路者”号火星车通过α质子X射线光谱仪(APXS)研究火星表面的岩石和土壤。“机遇号”和“勇气号”火星车已经在火星表面工作了五年，并对着陆区表面的岩石进行了详细的勘探。结果表明，火星表面类似沙漠-戈壁地区，由大量玄武岩岩石碎块和细风化颗粒组成(图28-12)。代表性火星岩石和土壤的组成见表28-3。
图28-12在火星先锋号飞船拍摄的火星表面，灰色的岩石上覆盖着红棕色的火星尘埃。
火星表面的大部分球体都覆盖着一层薄薄的细小的红色火星尘埃，海盗号和火星探路者号的着陆点就位于这些火星尘埃区。海盗号和火星探路者号对火星土壤的原位分析获得了类似的成分(Rieder等人，1997；Bell等人，2000)，反映出火星表面的沉积物因风蚀而均匀化。火星上未被火星尘埃覆盖的岩石成分通过了“火星探路者”的成分测试，显示为安山岩(Rieder等人，1997；McSween等人，1999)，详见表28-3。
表28-3火星探测器探测到的火星表面岩石和土壤成分
(2)火星岩石介绍
火星陨石是目前人类唯一获得的火星岩石样本，非常稀有珍贵。它们都是岩浆堆积岩和玄武岩，包括四种主要岩石类型:雪硅钙石、钠钾石岩、沙硅钙石和斜方辉石岩。有些辉石球粒陨石是玄武岩(basalticshergottites球粒陨石，B-S)；其他的是超基性岩堆积岩(L-S二辉橄榄岩)( mcsween & treiman，1998)，最近，分别分离出具有橄榄石斑晶的陨石(DaG 476，SaU 005，Dhofar 019，NWA1068，NWA 1195，NWA 2046)和EETA 79001 A图28-13和图28-14是几块火星陨石的外观照片。
图28-13典型的火星陨石
图28-14南极发现火星陨石(ALH84001)
到目前为止回收的陨石中，有60多块来自火星的不成对陨石，都是没有角砾岩的岩浆岩(虽然火星表面大部分地区都像月球一样布满了撞击坑)。到目前为止，这些火星陨石还没有发现像在子午线平原探测到的小面积沉积岩。
代表性的SNCO火星陨石很早就被发现了(Shergotty，1865年8月25日在印度发现；Nakhla，1911是6月28日在埃及发现的；Chassigny，1815 10 10月3日在法国被发现；斜方辉石，ALH 84001，1984发现于南极艾伦丘陵)，但对其进行了长时间的研究和争论，以确定其来自火星。
早在1872年，Tschermak就认识到谢尔戈蒂陨石是相对氧化条件下形成的玄武岩。基于这些SNCO陨石年轻的结晶年龄(除ALH84001，约为4.0 ~ 4.5 Ga，其他火星陨石年龄≤1.3Ga)，许多学者认为它们来自火星(McSween等，1979 a；；奈奎斯特等人，1979；沃克等人，1979；华生&韦瑟里尔，1979；伍德&阿什瓦尔，1981).1982年，第一颗月球陨石的发现使人们相信SNCO陨石可能来自火星。1983年，Bogard和Johnson发现EETA 79001陨石(B-S)撞击熔融玻璃中捕获的Ar、Ar等稀有气体、N2和CO2的同位素组成和相对丰度与火星大气丰度明显匹配(图28-15，图28-16)。与此同时，Clayton &Mayeda(1983+0983)发现，火星陨石在氧的三同位素图上形成了亚组，它们形成的分馏线明显与地球岩石和HED陨石分离，位于TF线上方并与之平行。Becker &Pepin(1984+0984)还发现氮同位素和N/Ar比值与Viking飞船的测量结果一致，进一步证实了这些陨石的火星起源。
图28-15维京飞船测得的火星大气与EETA 79001玻璃的捕获气体对比(据Pepin，1985)。
图28-16火星陨石的氧同位素组成
火星陨石起源于火星的主要证据有:(1)SNC陨石(ALH84001除外)的结晶年龄很小(≤1.3Ga)，不可能是小行星的火成作用形成的，1.3Ga与火星塔尔斯里奇火山的年龄相近(Wood & Ashwal，2000)。(2)EETA 79001陨石玻璃中捕获的CO2、N2和稀有气体的同位素组成，13C和12C的值与火星大气一致(Bogard & Johnson，1983)；(3)在一些陨石中发现了iddingsite和角闪石等含水硅酸盐矿物，在ALHA77005 (Ikeda，1998)的岩浆包裹体中发现了钛角闪石，在Nakhla中发现了idding site(Reid & Bunch，1975)；(4)在一些陨石(如ALH 84001)中发现了地外碳酸盐(Romanek等人，1994，1995)，但已知月球火成岩和小行星火成岩实际上不含碳酸盐；(5)海盗号和火星探路者号对火星土壤的X射线荧光光谱分析结果与谢尔戈蒂陨石全岩的化学成分相当一致，尤其是它们的FeO含量几乎相同(分别为19.7%和19.6%)；(6)磷酸盐中高fO2、特殊18O/16O(△17O≈0.3% O)(Clayton & Mayeda，1996)和高D/H比(Leshin等，65438)。莱辛，2000；沃斯顿等，1994)，复杂的稀土元素配分模式，相似的FeO/MnO、K/La、K/U、W/La、Ga/La、Na/Al比值，具有比其他球粒陨石更高的挥发性元素含量(王道德，1995；王道德等，1999)。
(3)火星陨石的岩石学特征
表28-4列出了四种火星陨石的岩石学和矿物学特征。表28-5列出了火星陨石的矿物类型丰度(体积百分比)的概要。图28-17显示了橄榄石球粒陨石在单极化下的显微照片，图28-18显示了闪光球粒陨石片中Fe元素的X射线扫描。
表28-4火星陨石的岩石学特征
表28-5火星陨石矿物模型丰度汇总表(WB/%)
(根据Meyer C .，2006年)
图28-17单极化下橄榄石球晶特征。
辉石和橄榄石是火星陨石的主要矿物相。辉石球粒陨石中辉石成分变化很大，FeO含量高。橄榄石是纯橄榄石球粒陨石中的主要矿物相。与其他火星陨石中的橄榄石相比，Fa值最低。火星陨石中的长石几乎都是通过撞击熔融转化成熔融长石的。熔融长石的化学成分从S、N到c有富K、Na而贫Ca的趋势，铬铁矿和磁铁矿是火星陨石的主要不透明矿物。火星陨石全结晶，火成分不同(图28-19)，很像地球上的玄武岩和辉绿岩。
GRV 99027火星陨石具有中等粒度的全结晶颗粒结构(图28-20)。主要由橄榄石和辉石组成，含少量熔融长石，辅助矿物为铬铁矿、陨黄铁矿和磷酸盐。可以看出，GRV 99027是一种球粒陨石，具有不同火成分的典型特征，包括三种基本结构:变粒结构、非变粒结构和熔袋结构(图28-20)。
图28-18辉石球粒陨石薄片中铁元素的X射线扫描。
SNC火星陨石的研究提供了丰富的陨石岩相学和陨石的微量元素和同位素信息。这些都是通过火星遥感得不到的。
SNC火星陨石，除ALH84001外，一般认为来源于火星上的年轻陨石坑，这反映了火星地壳溅射样品偏向年轻岩浆岩。古老的外壳可能太容易被压碎，以至于无法溅射并逃离火星(McSween等人，2002年)。火星飞船拍摄的照片显示，层状沉积物在火星上很常见，有时被解释为沉积岩(Malin &Edgett，2000)。但奇怪的是，火星陨石中没有沉积岩，也没有安山岩成分的岩浆岩。然而，一些火星陨石中的盐类和粘土矿物表明，由于流体或海水的相互作用，火星表面或附近的岩石发生了转化(Bridges等人，2001)。随后的火星环球勘测者(MGS)使用TES光谱分析数据(Bandfield等人，2000年；Hamilton等人，2001)表明火星北半球的平原主要是安山岩，总碱- SiO2 _ 2分析图(图28-21)表明TES光谱数据(Surface _ 2)与火星探路者的无火星尘成分一致。表面1和火星陨石成分显示玄武质成分。很难解释形成火星半球的安山岩，特别是因为火星上没有板块俯冲。含水岩浆虽然只需要低分异，但玄武岩浆分异不可能产生安山岩熔体。一些证据表明，辉长岩球粒陨石的岩浆在喷发前含有一定量的水(McSween et al .，2001)，但这一假说仍有争议。
图28-19 Dag 476橄榄石-辉橄榄石的背散射电子像是一种典型的火成分不均匀结构。变质辉石(Pgt)和熔融长石(Msk)构成典型的玄武岩结构，橄榄石(Ol)以斑晶形式嵌布在玄武岩相中。其他矿物相:Chr为铬铁矿；到是陨铁硫铁。
图28-20背散射电子图像28-20 GRV 99027火星陨石
火星陨石的地球化学特征反映了火星地幔源区的特征，但在岩浆上升和侵位过程中，由于分离结晶和有时同化混染的影响，其成分会发生变化。SNC火星陨石富含Mn和P，不损失Fe和其他亲铁元素，但这些陨石与地球上的岩石相比，Al相对贫乏，这在火星探路者探测到的火星土壤和无火星尘的岩石中有所反映。
图28-21火星火山岩样品化学分类图
(4)火星陨石的研究内容和意义。
目前火星陨石的研究内容主要有:(1)火星陨石的分类、岩石矿物学、化学成分、磁学和光谱特征；(2)物质来源、熔融分异、母岩浆成分、热变质作用、撞击效应、辐射记录和效应、次生蚀变等。火星陨石。(3)放射性、宇宙成因同位素组成和年代学、稳定同位素(H、O、S、C、N)和其他同位素组成(Xe、W、Hf、Re-OS)；(4)火星陨石与地球岩石、月球陨石及其他类型陨石的对比研究；(5)火星壳-幔-核的组成、结构、性质和岩浆活动，火星大气的组成和演化，火星大气、水圈和岩石圈的相互作用；(6)火星上可能存在的生命遗迹等。
目前国际上对火星陨石研究存在的主要问题有:(1)目前没有直接取自火星的岩石样品，只有通过对火星陨石的研究，才能揭示火星的物质组成、结构和岩浆演化规律。人们回收的火星陨石数量很少，大部分是堆积的岩石。部分岩石类型相同的火星陨石溅射年龄基本相同(N陨石约为11Ma，L-S陨石约为4Ma)，很可能是同一撞击事件的产物。因此，以火星陨石为代表的火星表面区域非常少，限制了人们对火星物质组成、母岩浆组成和演化规律的认识。(2)利用低温蚀变矿物(如含水矿物、粘土矿物、碳酸盐、硫酸盐等。)在火星陨石中研究火星表面的热液系统和蚀变可以为火星大气的演化提供线索，但目前几乎所有的工作都集中在ALH 84001上，对其他火星陨石的次生矿物还没有相应系统深入的研究。(3)火星陨石从火星溅射出来，降落到地球上需要克服火星强大的引力。所以大部分火星陨石都经历过非常强烈的撞击变质作用，研究火星陨石需要扣除叠加在岩浆作用上的撞击变质作用。但目前对火星陨石撞击效应的研究主要局限于少数陨石，对火星表面撞击变质作用的研究还需要进一步的工作。(4)同位素测年为火星陨石的形成和演化提供了时间尺度。一些同位素体系(如K-Ar、Rb-Sr等。)因强烈的冲击变质作用而被重置，导致同位素年龄的解释长期存在争议。(5)火星上存在生命的争论是当前火星陨石研究和火星探测的焦点。ALH 84001陨石中有古生命痕迹的证据，如低温碳酸盐瘤、生物膜和多环芳烃，但热水溶液的实验模拟(Golden et al .，2000；McSween等人，1998)观察到镁和钙的碳酸盐无机沉淀可产生ALH84001的碳酸盐肿瘤。(6)火星陨石反射光谱的研究将对正确解译火星探测器和航天器的大量遥感数据具有重要的参考价值。