灶神星内部的水和其他挥发组分：来自HED 陨石的启示

HED meteorites are three basaltic achondrites with similar chemical and isotopic compositions, including Howardite, Eucrite, and Diogenite. Reflection spectrum, dynamical simulation, and the latest result from the Dawn mission confirm that HED achondrites were sampled from the asteroid 4 Vesta. Spectrometers carried by Dawn have detected, in Vesta's regolith, considerable amounts of hydrogen and other volatile components, which play an important role in planetary formation and evolution. To find out the content and isotopic compositions of indigenous water and other volatiles inside Vesta, we will study HED meteorites in this proposal. We will search for apatite grains in HED meteorites and study their petrology and mineralogy with scanning electron microprobe and electron microprobe. After these work, magmatic and secondary apatites will be analysed with ion microprobe to get their OH, F, Cl, C, and S contents and isotopic compositions of hydrogen and chlorine. On this basis, the distribution and concentration of water and other volatiles inside Vesta will be evaluated. The origin of the inner and surface water of Vesta, and the mechanism of Cl isotopic fractionation will be discussed. The result of this proposal will provide new constraints for the model of Vesta's formation and evolution.

HED 陨石是三种化学成分和同位素组成相似的玄武质无球粒陨石，包括钙长紫苏辉石无球粒陨石Howardite，钙长辉长无球粒陨石Eucrite 和奥长古铜无球粒陨石Diogenite。反射光谱、动力学模拟和黎明号（Dawn）探测器的探测结果证实HED 陨石是来自灶神星的岩石样本。黎明号在灶神星表层土壤中探测到大量的氢和其他挥发组分。挥发组分在行星的形成和演化中发挥着重要作用。为了查明灶神星内部的水和其他挥发组分的含量和同位素特征，本项目以HED 陨石为研究对象，在其中寻找磷灰石矿物；利用扫描电镜和电子探针等研究磷灰石的矿物岩石学特征；利用离子探针测定不同成因的磷灰石中挥发组分（OH、F、Cl、C、S）的含量以及H 和Cl 同位素组成，在此基础上推测灶神星内部的水和其他挥发组分的含量和分布规律、揭示灶神星内部和表面水的来源、探讨灶神星上的氯同位素分馏机制，为灶神星的形成和演化模型提供新的制约。

本项目以玄武质的钙长辉长无球粒陨石（Eucrite）为研究对象，在其中寻找磷灰石矿物；利用扫描电镜和电子探针研究磷灰石的矿物岩石学特征；利用离子探针测定磷灰石中挥发组分OH的含量以及H同位素组成，在此基础上探讨灶神星内部的水含量和来源。项目重点研究了Camel Donga, NWA 1109, NWA 6594, NWA 1198, Millbillillie等五块Eucrite陨石，共发现51颗磷灰石颗粒，颗粒多为半自形和他形晶，粒径为几微米至几十微米。拉曼光谱显示磷灰石晶体具有较好的结构有序性，未发生高压相转变。磷灰石的阴极发光比较均匀，未观察到明显的环带结构。电子探针分析结果显示，这五块样品中的磷灰石均为F-磷灰石，Cl含量较低（平均含3.4 wt%的F和0.15 wt%的Cl），同时含有少量FeO (<2.6 wt%)和SiO2 (<0.6 wt%)。矿物岩石学研究的表明，eucrite中的磷灰石基本为火成成因，是岩浆结晶晚期的产物。离子探针分析结果表明，磷灰石含有50-3800 ppm的水，D值为~-210-70‰，且与水含量之间没有明显相关性。这与前人的结果基本一致，指示灶神星内部含有一定量的原生的水，水很可能参与了太阳系早期小行星的熔融分异和岩浆演化过程。由于氢同位素组成与水含量之间没有明显的相关性，说明磷灰石中的水并非完全是灶神星上岩浆分异结晶的结果，而是可能受到了某些后期变质过程的影响，或者反映了不同来源水的混合。本项目的研究加深了对灶神星内部挥发组分含量和同位素组成的了解，为探讨小行星的挥发组分来源和早期形成与演化模型提供了新的制约。