自科学家们意识到地球的金属核和硅酸盐地幔存在之时起，构成不同深度地幔的矿物相的问题一直是地球和行星科学上的基本问题。回答这一问题对弄清地壳的形成过程，阐明地幔的物理属性和动态性状是至关重要的。最终，我们还想要弄清它们对板块构造、火山作用以及地球的全球地震活动的影响。20世纪30年代，戈德斯密特（Goldschmidt）是首批在地球和原始陨石的合成性状之间建立联系的科学家之一。他首先提出了地球具有球粒陨石的合成性状的思想，他认为球粒陨石代表着太阳系最原始的物质。进一步说，最近有关橄榄石和辉石这些球粒陨石和地幔中最常见的材料的高压诱变的若干发现，可被看作是通过对陨石的研究来了解地幔这一早期思想的历史复兴。

一个日本研究小组和一个美德联合研究小组在040组的“天汉”号（Tenham）和“阿克弗”号（Acfer）球粒陨石中测出了辉石的致密变异，它们呈钛铁矿和钙铁矿晶体结构，与以前发现的尖晶橄榄石和瓦兹利石（橄榄石的致密变异形式）以及镁铁榴石（辉石的另一种高压生成形式）共存。这种令人振奋的发现代表着这些矿物相的最早自然生成形式，据认为它们是地面660公里以下地震不连续面处的较下层地幔的主成分。

一般认为，地球的上层地幔就像球粒陨石一样主要是由矿化橄榄石、低钙的斜方辉石类、高钙的单斜辉石类以及斜长石等构成。在较上层地幔，随着深度的递增，后者被（Mg，Fe）Al₂O₄-尖晶石和石榴石所替代。地震学家们证实，在大约400公里和600公里深处的所谓的地幔转变区，地震波速度呈非连续增长状态，由于在1955~1975年间高压实验者们的不朽的努力，我们知道，较上层地幔处的矿物必须经历相转移才能形成更致密的晶体结构、在这些结构中，[SiO₄]四面体被[SiO₆]八面体所替代。预测橄榄石^[6]（Mg，Fe）₂^[4]SiO₄和辉石^[6]（Mg，Fe）^[4]SiO₃（方括号中所给的是配位数）在400公里以下的地震波速度突变面的晶体结构分别是尖晶石^[6]（Mg，Fe）₂^[4] SiO₄和石榴石^[8]（Mg，Fe）₃^[6]（Mg，Fe）^[6]Si^[4]lSi₃O₁₂的结构形式。在尖晶石中硅仍是四次配位（^[4]Si），而在石榴石中，一些硅原子已经与氧形成6次配位（^[6]Si）。另外，高压岩石学家们已能够合成多晶型橄榄石和辉石，与尖晶石和石榴石结构相比，多晶型橄榄石和辉石的形成需要更高的压力。他们发现了石榴石结构向钛铁矿^[6]（Mg，Fe）^[6]SiO₃和钙钛矿^[8]（Mg，Fe）^[6]SiO₃，结构的转变。这些转变给解释660公里处震波速度的急剧增长提供了可能。

1970年左右曾有过与以上所述极类似的令人振奋的发现。宾斯（Binns）、史密斯（Smith）以及梅森（Mason）在强震动变质的球粒陨石“天汉”号（Tenham）和“可拉”号（Coorara）中分别找到了所预测的高压橄榄石和辉石多晶型体，他们以在澳大利亚国立大学工作的林伍德（Ringwood）和马略（Major）的名字把这两种矿物分别命名为尖晶橄榄石（r-尖晶石结构）和镁铁榴石（石榴石结构）。稍后，橄榄石的改性尖晶石结构（β-尖晶石）在“天汉”号球粒陨石中也被发现，并且被以与林伍德一起工作的瓦兹利（Wadsley）的名字命名为瓦兹利石。新发现的（Mg，Fe）SiO₃钛铁矿和钙铁矿相很可能代表着地球较下层地幔的主要成分，而且仍有待于命名。它们与尖晶橄榄石、镁铁榴石以及瓦兹利石的起源是相同的：它们出现在受震球粒陨石的溶化脉内。很显然，这些溶化脉是由于小行星母体的超高速碰撞造成的震动诱发溶化所致。这种见解被未溶化的主体球粒陨石内的橄榄石和斜长石的特征冲击效应所证实，这种冲击效应显示，最大冲击压力超过了500~600亿帕斯卡。日本及美德联合研究小组的发现有两个基本含义：①所观察到的高压扣集合是冲击压在不同高冲击诱发温度水平上释压期间形成的骤冷性不平衡集合。②高压多晶型体在陨石中通过两种不同的动力过程以两种不同结构凝固定型：在溶脉交汇处以及球粒陨石的原始晶粒的包体中以“准固态过程”转化为尖晶橄榄石、瓦兹利石、（Mg，Fe）SiO₃，钙铁矿、（Mg，Fe）SiO₃钛铁矿和斜顽辉石。在溶脉母岩中，（Mg，Fe）SiO₃钙铁矿、（Mg，Fe）SiO₃钛铁矿+尖晶橄榄石以及镁铁榴石+镁方铁矿在估计为230~260帕斯卡压力、900℃以上的温度条件下按以上顺序在溶解状态下形成晶体。这些观察报告留下了一些未决问题：为什么我们看不到预期的橄榄石（尖晶石）和斜方辉石类的钙铁矿+镁方铁矿和尖晶石+超石英的离解反应？有没有任何机会找到一种带有钙-铁酸盐结构的（Mg，Fe）Al₂O₄矿物？要解开这个谜，基础性理论研究和更精密的震波试验可能是需要的。

考虑到岩石冲击变质作用的原理，以上发现的重要性是什么？我们对于地球和行星地幔的构成有了什么样的了解？首先，所预测的构成转变区和较低层地幔的几乎所有的高压相事实上都存在，而且能够通过震动过程在星际撞击碎裂成的流星表面形成。第二，在球粒陨石中的震动诱发高压相集合向我们说明了这些相的晶体形成、微量元素的分配以及镁和铁硅酸盐端元固溶体扩展程度的动力学原理。总起来说，根据从亚稳相中解开岩石变质作用的平衡条件这一古老原理，我们从这些观察到的不平衡集合里了解到了有关深层地幔中的预期平衡条件的一些情况。第三、球粒陨石高压矿物学给我们上了一堂有关行星表而冲击变质作用的压力-温度-路径特征的基础课，从而使我们对小行星的碰撞史有了更好的理解。

虽然这些受冲击的陨石携带了一个我们尚不完全理解的信息，由日本和美德联合研究小组所做的研究工作对理解地球和行星的硅酸盐地幔将会产生根本的影响。同时，这项工作代表着高分辨率解析传输电子显微技术的又一成就。这将会刺激对所有各类高受震陨石的更广泛的研究。这些陨石很可能已经历了不同的压力-温度-时间史，结果它可能显示出可变高压相集合。在这些小行星带也许仍可找到有关地球深层处的更加令人振奋的信息。

[Science，1997年11月28日]