2025年大學(xué)《行星科學(xué)》專業(yè)題庫——行星隕石對地球起源的啟示考試時(shí)間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每題3分，共15分）1.隕石2.球粒隕石3.鈾系定年法4.巨撞擊假說5.稀有氣體二、簡答題（每題5分，共20分）1.簡述石隕石、鐵隕石和球粒隕石的主要區(qū)別。2.簡述利用隕石研究地球早期水的來源的主要思路。3.簡述碳質(zhì)球粒隕石在行星形成研究中的重要性。4.簡述月球“巨撞擊假說”的主要依據(jù)，并說明隕石證據(jù)在其中扮演的角色。三、論述題（每題10分，共30分）1.論述球粒隕石的化學(xué)成分和同位素特征如何為我們揭示太陽星云的早期組成和演化過程。2.結(jié)合隕石證據(jù)，論述地殼和地幔在地球早期是如何發(fā)生分異的。3.闡述隕石研究對于理解月球形成和演化的貢獻(xiàn)，并討論當(dāng)前研究面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、名詞解釋1.隕石：從星際空間降落到地球表面的天然固體樣本，主要由太陽系形成初期的原始物質(zhì)構(gòu)成。**解析思路：*定義隕石需強(qiáng)調(diào)其來源（星際空間）、降落地點(diǎn)（地球表面）和物質(zhì)構(gòu)成（太陽系形成初期原始物質(zhì)）。2.球粒隕石：太陽星云早期形成的、主要由硅酸鹽小球粒（球粒）和金屬顆粒組成的隕石，是研究太陽星云成分和早期歷史的最佳樣品。**解析思路：*定義球粒隕石需強(qiáng)調(diào)其形態(tài)特征（球粒和金屬顆粒）、形成時(shí)期（太陽星云早期）及其科學(xué)價(jià)值（研究太陽星云成分和歷史）。3.鈾系定年法：利用長半衰期放射性同位素（如鈾-238衰變到鉛-206）的衰變規(guī)律，通過測量樣品中母體和子體同位素的比值來確定樣品形成年齡的方法，常用于測定隕石和月球樣品的年齡。**解析思路：*定義鈾系定年法需包含核心原理（放射性衰變）、應(yīng)用對象（隕石、月球樣品等）和測量內(nèi)容（母體/子體比值）。4.巨撞擊假說：解釋月球形成的最主要理論，認(rèn)為月球是由大約45億年前地球與一個(gè)火星大小的原行星（稱為“忒伊亞”）發(fā)生災(zāi)難性碰撞后，由碰撞產(chǎn)生的物質(zhì)云凝聚而成。**解析思路：*定義巨撞擊假說需說明其核心內(nèi)容（地球與忒伊亞碰撞）、過程（產(chǎn)生物質(zhì)云）和結(jié)果（凝聚成月球），并點(diǎn)明其地位（最主要理論）。5.稀有氣體：指在地殼和地幔中含量極微（通常<10ppb）的惰性氣體元素，如氦（He）、氖（Ne）、氬（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）和氡（Rn），它們主要來源于宇宙射線轟擊、放射性元素衰變和早期行星形成/分異過程。**解析思路：*定義稀有氣體需說明其特征（含量極微、惰性氣體）、來源（宇宙射線、放射性衰變、早期行星過程）。二、簡答題1.簡述石隕石、鐵隕石和球粒隕石的主要區(qū)別。**答案：*石隕石主要由硅酸鹽礦物組成，可進(jìn)一步分為普通球粒隕石、無球粒隕石和特殊球粒隕石。鐵隕石主要由鐵鎳金屬構(gòu)成，常含有金屬相（鐵紋石和鎳紋石）和硫化物（磷鎳鐵硫石）。球粒隕石是三大類隕石中唯一含有球粒結(jié)構(gòu)（微小的硅酸鹽球）的隕石，通常富含揮發(fā)分。**解析思路：*區(qū)分三類隕石應(yīng)從主要成分（石隕石-硅酸鹽、鐵隕石-鐵鎳金屬、球粒隕石-含硅酸鹽球粒）和典型結(jié)構(gòu)特征（石隕石-球粒與否、鐵隕石-金屬相和硫化物、球粒隕石-球粒結(jié)構(gòu)）入手。2.簡述利用隕石研究地球早期水的來源的主要思路。**答案：*主要思路是利用不同類型的隕石（特別是碳質(zhì)球粒隕石）中捕獲的氘（D）和氚（T）等氫同位素比值，以及含水量（如氫含量）數(shù)據(jù)，與早期地球（或原始地球）的氘豐度和含水量進(jìn)行對比和模擬，以追溯地球水的來源。研究表明，月球和地球的氘豐度與現(xiàn)代地球海洋接近，而碳質(zhì)球粒隕石的氘豐度則顯著高于現(xiàn)代地球，這支持了地球水主要來源于кометарных或астероидных源頭的觀點(diǎn)。**解析思路：*闡述思路需包含研究對象（特定隕石類型）、測量指標(biāo)（氫同位素比值、含水量）、對比對象（早期地球/現(xiàn)代地球）、以及得出的推論（水來源）。3.簡述碳質(zhì)球粒隕石在行星形成研究中的重要性。**答案：*碳質(zhì)球粒隕石被認(rèn)為是太陽星云中保存最原始的物質(zhì)之一，富含揮發(fā)分（水、有機(jī)物等）和親石元素。它們提供了關(guān)于太陽星云早期化學(xué)組成、溫度、密度、行星形成過程中的揮發(fā)分分布和早期太陽風(fēng)作用的寶貴信息，是研究行星形成早期歷史和太陽系宜居性的重要窗口。**解析思路：*強(qiáng)調(diào)其“原始性”和“富含揮發(fā)分”的特點(diǎn)，并說明這些特點(diǎn)如何使其成為研究太陽星云成分、行星形成過程和早期太陽系環(huán)境的“鑰匙”。4.簡述月球“巨撞擊假說”的主要依據(jù)，并說明隕石證據(jù)在其中扮演的角色。**答案：*巨撞擊假說的主要依據(jù)包括：月球與地球的角動(dòng)量矩符合碰撞模型預(yù)測；月球和地球巖石圈具有相似的氧同位素組成；月球缺乏揮發(fā)性元素和稀土元素；地球-月球系統(tǒng)的角動(dòng)量分布等。隕石證據(jù)在其中扮演了關(guān)鍵角色，特別是月巖和地球巖石中的稀有氣體同位素組成相似，且與地球現(xiàn)代大氣顯著不同，支持了月球形成過程中大部分物質(zhì)來自撞擊體而非地球的觀點(diǎn)；月球巖中的高放射性元素含量和特定同位素系統(tǒng)也印證了快速熔融和分異的碰撞后過程。**解析思路：*先列出巨撞擊假說的主要觀測依據(jù)，再重點(diǎn)說明隕石（主要是月巖）提供了哪些關(guān)鍵證據(jù)（稀有氣體、同位素、放射性元素）來支持或完善該假說。三、論述題1.論述球粒隕石的化學(xué)成分和同位素特征如何為我們揭示太陽星云的早期組成和演化過程。**答案：*球粒隕石是太陽星云早期（約45億年前）形成的相對簡單的物質(zhì)，其化學(xué)成分（如硅酸鹽、金屬、硫化物相對比例）反映了太陽星云形成時(shí)的化學(xué)分異程度和原始元素豐度。不同類型球粒隕石（如普通球粒隕石、富鐵球粒隕石、低熔點(diǎn)球粒隕石）的化學(xué)和同位素（如氧同位素、稀土元素、錒系元素）差異，被認(rèn)為是太陽星云內(nèi)部區(qū)域分異和不同來源物質(zhì)混合的記錄。球粒隕石中的短半衰期放射性同位素（如鋁-26、鈹-10）的測定，為太陽星云的形成年齡提供了精確的“時(shí)鐘”，并揭示了其形成過程中的輻照暴露歷史。球粒隕石中記錄的太陽風(fēng)同位素（如氦-3、氘）特征，則反映了早期太陽風(fēng)的作用強(qiáng)度和太陽的形成環(huán)境。綜合分析球粒隕石的成分和同位素?cái)?shù)據(jù)，可以重建太陽星云的密度結(jié)構(gòu)、溫度分布、物質(zhì)混合與分異的歷史，以及早期太陽的活動(dòng)特征。**解析思路：*從球粒隕石的“代表性”（早期、簡單）出發(fā)，分點(diǎn)論述其化學(xué)成分反映“原始豐度”和“分異程度”，同位素差異揭示“區(qū)域分異”和“混合過程”，短半衰期同位素提供“形成年齡”和“輻照歷史”，太陽風(fēng)同位素記錄“太陽環(huán)境”。需要將各個(gè)特征與其揭示的太陽星云演化過程聯(lián)系起來，并體現(xiàn)綜合分析。2.結(jié)合隕石證據(jù)，論述地殼和地幔在地球早期是如何發(fā)生分異的。**答案：*地球早期分異是指原始地球（熔融或部分熔融狀態(tài)）通過密度分層，使較輕的硅酸鹽物質(zhì)上浮形成地殼，較重的鐵、鎳物質(zhì)下沉形成地核的過程。隕石證據(jù)為早期地球分異提供了重要啟示。首先，鐵隕石代表了地球早期可能存在的原始熔融狀態(tài)下的金屬-硅酸鹽分離的產(chǎn)物。其次，月球的形成（巨撞擊假說）過程也伴隨著地球物質(zhì)的拋射和重新聚集，月球巖的成分（如低放射性元素、高場強(qiáng)元素含量與地球地幔接近）反映了早期地球地幔的性質(zhì)。更重要的是，通過對地球地殼巖石（如基性巖、超基性巖）和地幔柱源區(qū)巖石（如輝石巖）的同位素（特別是氧、鍶、鉛同位素）進(jìn)行對比研究，發(fā)現(xiàn)地殼與地幔具有顯著的同位素差異，表明地殼是在地幔物質(zhì)基礎(chǔ)上通過后期地球化學(xué)過程（如殼幔分異、板片構(gòu)造）形成的，而非早期整體分異的直接產(chǎn)物。此外，某些隕石（如某些球粒隕石）記錄的早期行星物質(zhì)組成，也為理解地球形成和早期分異提供了參照。綜合這些隕石證據(jù)，支持了地球早期經(jīng)歷了快速熔融和分異形成地核和早期地幔，而地殼是在此基礎(chǔ)上逐步形成的模型。**解析思路：*首先解釋地球早期分異的定義和過程，然后分別說明不同類型的隕石（鐵隕石、月球巖、地幔/地殼巖石對比參照的隕石）如何為這個(gè)過程提供證據(jù)，包括物質(zhì)組成（金屬相分離）、成分對比（月球與地幔）、同位素示蹤（地殼-地幔差異）等，最后將證據(jù)整合到分異模型中。3.闡述隕石研究對于理解月球形成和演化的貢獻(xiàn)，并討論當(dāng)前研究面臨的主要挑戰(zhàn)。**答案：*隕石研究在理解月球形成和演化中發(fā)揮了不可替代的作用。首先，在月球形成理論方面，地球-月球系統(tǒng)的角動(dòng)量、月球與地球的化學(xué)相似性、月球缺乏揮發(fā)性物質(zhì)等觀測事實(shí)，為“巨撞擊假說”提供了關(guān)鍵支持。關(guān)鍵證據(jù)來自月球巖和地球巖石中相似的稀有氣體同位素組成（不同于現(xiàn)代地球大氣），以及月球巖中高放射性元素含量，這些均被解釋為巨撞擊過程中月球獲得了大量來自撞擊體的物質(zhì)，并經(jīng)歷了快速熔融和同位素交換。其次，在月球演化方面，不同類型的月球巖（如月海玄武巖、月巖碎屑巖、高地巖石）提供了月球不同演化階段的記錄。隕石（特別是高鈦球粒隕石）的成分和同位素特征，幫助科學(xué)家理解了早期月球地幔的部分熔融、月球巖的結(jié)晶過程以及月球殼幔結(jié)構(gòu)的形成。此外，通過對月球氬同位素組成的精細(xì)研究，揭示了月球形成后可能存在的早期冷卻和化學(xué)不均一性。當(dāng)前研究面臨的主要挑戰(zhàn)包括：如何精確確定月球形成時(shí)的撞擊參數(shù)和能量輸入？如何解釋月球內(nèi)部化學(xué)不均一性的具體機(jī)制？如何利用有限的月球樣本（未來月球采樣任務(wù)將提供更多機(jī)會(huì)）重建完整的月球演化歷史？如何將月球演化與地球及其他行星的演化進(jìn)行