3型碳质球粒陨石DaG 978中粗粒磷灰石的矿物学-地球化学特征及对早期太阳系蚀变流体的限定

Apatite in carbonaceous chondrites is a secondary mineral involving fluids and can provide clues for constraining the geochemical features and source of the fluids, and the time of alteration. Recently, we observed abundant coarse apatite grains with variable occurrences in an ungrouped type 3 carbonaceous chondrite Dar al Gani (DaG) 978. In this project, we will study the petrography, mineralogy, rare-earth-element geochemistry, hydrogen and oxygen isotopic compositions, Pb/Pb age, and 36Cl-36S systematics of these coarse apatite grains. Based on the data of mineralogy,REE geochemistry, and oxygen isotopic compositions, we can constrain the origin of the coarse-grained apatite in DaG 978.Based on data of hydrogen isotopic compositions, we will constrain the geochemical features and sources of alteration fluids on the parent bodies of meteorites. We will constrain the absolute age that the alteration took place based on the Pb/Pb ages of apatite grains in DaG 978. The 36Cl-36S data will provide an important opportunity to find a record of 36Cl when the coarse-grained apatite formed.The results of this project will also have significant implications for understanding the geochemical features and sources of fluids on the surfaces of terrestrial planets and asteroids.

碳质球粒陨石中的磷灰石是流体参与蚀变作用的产物，因此可以通过对磷灰石的研究来揭示碳质球粒陨石母体上流体的地球化学性质、来源及蚀变作用的时代。最近，申请人在一块独特的未分群3 型碳质球粒陨石Dar al Gani (DaG) 978 中发现了大量具有不同产状的粗粒磷灰石。本项目拟使用多种原位分析技术对DaG 978 中的粗粒磷灰石及其共生矿物进行系统的岩相学、矿物学、稀土元素地球化学、氢氧同位素组成、Pb/Pb年龄和36Cl-36S同位素体系研究。通过粗粒磷灰石和共生矿物的矿物学特征、稀土地球化学和氧同位素组成研究揭示碳质球粒陨石中粗粒磷灰石的成因机制；通过氢同位素组成研究揭示其流体的地球化学特征和来源；通过U-Pb同位素体系研究揭示蚀变发生的绝对时间；通过36Cl-36S同位素体系研究探索36Cl曾在碳质球粒陨石磷灰石中存在的证据。本项目对限定类地行星流体的地球化学性质和来源也有重要意义。

太阳系早期的流体活动对于小行星或者星子上包括有机物的物质演化有重要意义。限定这些流体活动的时代、流体性质和流体作用的方式则非常关键。但是，绝大多数流体交代的产物很难满足限定所有这些与流体相关问题的需求，目前只有磷灰石符合研究所有这些科学问题的需求，尤其是可以用来限定绝对年龄而不是相对年龄。虽然前人已有蚀变成因磷灰石的报道，但这些磷灰石或者很小或者很少，不足以支撑相关的研究。在这个背景下，我们对之前观察到的富粗粒磷灰石的DaG 978陨石开展了详细研究。系统研究了DaG 978的岩相学特征和矿物学特征以限定其母体经历的次生过程的宏观框架。在此基础上，我们对磷灰石和白磷钙矿开展了岩相学观察、矿物化学分析、稀土含量测定、氧同位素组成、氢同位素组成、氯同位素组成和U-Pb同位素体系定年工作。研究工作发现磷灰石呈现了与蚀变的富钙铝包体和粗粒金属密切的空间联系，揭示了磷灰石形成的物质来源与这两者有关，钙可能来自于蚀变的富钙铝包体，而磷可能来自于金属。我们发现这些磷灰石呈现独特的正Eu异常特征，说明未与长石发生稀土平衡，因此其成因不是简单热变质的结果，而是流体活动的产物。磷灰石的U-Pb同位素组成呈现很好的相关性，给出了磷灰石的结晶年龄为4450+/-50 Ma。该年龄是关于太阳系早期流体活动的第一个绝对年龄，而且比前人获得流体活动年龄年轻了约120 Ma。我们提出了撞击事件导致小行星上的流体活动来解释如此年轻的年龄。该研究促使我们重新认识太阳系早期的流体活动。在这个框架下，我们研究了该陨石中的富磷橄榄石，提出了一种新的富磷橄榄石形成机制，对富磷橄榄石的成因研究有重要价值。