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球粒陨石中发现新型分异星子记录

发布时间:2020-03-30 浏览次数:152

国际陨石学会的陨石数据库记录了约六万三千块陨石。根据是否有球粒结构,这些陨石可以简单地分为球粒陨石和非球粒陨石。球粒陨石是太阳星云中固体物质吸积的产物,可以看成是太阳星云中形成的沉积岩;而非球粒陨石则是太阳系的火成岩、变质岩或者小行星的核。球粒陨石和非球粒陨石通常来源于不同类型的天体。除了少量陨石来自于火星和月球外,大部分陨石被认为是来自于小行星的样品,可为我们探索太阳星云演化、小行星的形成、类型和演化历史提供精细制约。

CH群球粒陨石和Angrite(中文译名为“钛辉无球粒陨石”)是两类完全不同的陨石。前者是典型的球粒陨石,而且没有母体低温蚀变和高温变质记录。而Angrite陨石是火成岩陨石,以富钙和富铁和极度亏损中等挥发和挥发性元素为特征,主要由富钙的橄榄石、富铝富钛的普通辉石和钙长石组成。这样的矿物组合在已知陨石中是独一无二的。在角砾岩型的无球粒陨石(比如月球陨石和灶神星陨石)中常可以观察到球粒陨石的碎块,但是在原始球粒陨石中观察到无球粒陨石碎块则非常罕见,虽然有极少量先例。

最近,南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室的张爱铖教授课题组与合作者在地球化学权威刊物Geochimica et Cosmochimica Acta上发表文章,报道了CH群球粒陨石Sayh al Uhaymir 290(简称SaU 290)中两个矿物学特征类似Angrite陨石但具有独特氧同位素组成的岩屑(ALF-1ALF-2)。

这两个岩屑均主要由富铁富钙的橄榄石组成,含有少量富铝富钛普通辉石、钙长石、陨磷钙钠石、铬铁矿、尖晶石和FeNi金属(图1)。这两个岩屑主体的矿物组合和矿物成分特征与Angrite陨石几乎一致(图2),不同于其他已知球粒陨石或者无球粒陨石(硅酸盐为主的非球粒陨石)。但是精细矿物学观察和高精度离子探针同位素组成研究揭示了这两个岩屑有几方面特征不同于Angrite陨石。一是这两个岩屑橄榄石的氧同位素组成(17O=0.9 ± 0.18‰)明显高于Angrite陨石橄榄石的氧同位素组成(17O=-0.14 ± 0.30‰)(图3)。二是这两个岩屑主体均呈现复杂的热变质记录,并导致了外来的MnCr从岩屑边缘向内部扩散(图4)。三是其中一个岩屑ALF-1还有细粒低钙辉石边(含有少量普通辉石),而Angrite陨石中是不含有低钙辉石的。这些差异表明这两个岩屑和Angrite陨石具有不同的母体,可能来自于一个未曾观察过的新类型星子,而且经历了非常复杂的热事件。其中岩屑ALF-1中的MnCr扩散带及低钙辉石边很可能是在星云环境形成的,而且其形成区域应该不同于岩屑的母体和CH球粒陨石母体形成区域,因为岩屑的母体和CH群陨石球粒形成区域都具有贫MnCr的特征。

1SaU 290陨石中两个似Angrite的岩屑背散射电子像

2SaU 290陨石中似Angrite岩屑(ALF-1ALF-2)中橄榄石的成分特征

3SaU 290陨石中似Angrite岩屑中矿物的氧同位素组成和Angrite陨石及其组成矿物氧同位素组成的对比

4SaU 290陨石中似Angrite岩屑ALF-1的元素面分析结果

前人根据全岩氧同位素组成特征发现已有陨石中仅包括35类无球粒陨石类型(不含铁陨石),这些不同类型的无球粒陨石在矿物组合和矿物化学成分特征上均具有明显差异。但SaU 290陨石中发现的这两个岩屑在矿物组合和矿物化学特征上与Angrite陨石非常相似,说明其母体在总成分和演化过程方面非常相似,只是氧同位素“基因”不一样。这种独特岩屑的发现将帮助科学家探索什么样的天体物理环境可以形成成分相似但是氧同位素不一样的星子类型,对探索地球和其他类地行星初始物质组成也具有重要意义。

最近十年天体化学领域一个重大进展是科学家发现已经的陨石在稳定同位素特征上具有二分性。研究人员认为这种二分性的存在可能是木星的快速生长导致了内外太阳系物质无法交换所致。已有的研究认为CH群球粒陨石和Angrite陨石分别形成于外太阳系和内太阳系。如果SaU 290陨石中观察到的这两个独特岩屑形成于内太阳系,那么其在CH群陨石中出现则表明内太阳系天体形成后因为撞击作用其物质可以大尺度迁移到外太阳系,与那里的物质一起吸积形成CH群球粒陨石。如果这两个岩屑母体均形成于外太阳系,则表明内外太阳系可以形成化学成分非常类似的星子类型,只是同位素基因不同。这将说明小行星带很多光谱特征类似的小行星可能形成于完全不同的区域。

该工作是与日本北海道大学Hisayoshi Yurimoto教授课题组、中国地质大学(武汉)王华沛教授、清华大学白雪宁教授、加州大学戴维斯分校Qing-Zhu Yin教授合作的成果,获得了国家自然科学基金面上项目,江苏省杰出青年基金项目,南京大学登峰人才支持计划和中科院行星科学先导B项目的支持。

论文信息:Zhang AC, Kawasaki N, Kuroda M, Li Y, Wang HP, Bai XN, Sakamoto N, Yin QZ, Yurimoto H. 2020. Unique angrite-like fragments in a CH3 chondrite reveal a new basaltic planetesimal. Geochimica et Cosmochimica Acta, 275, 48-63.https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.02.014.