碳质球粒陨石的高精度钾同位素研究

Potassium (K) is a moderately volatile element and it has been widely known that the K and other volatiles in the terrestrial planets are highly depleted compared to the chondrites. However, what process or event that caused such volatile depletion is still not clear. Due to the limitation of traditional analytical techniques, there is no K isotopic fractionation among planets (Earth, Moon and Mars) and asteroids. With the improvement of analytical methods within the past two years, high precision (with internal precision of better than±0.05‰) measurement of K isotopes becomes possible, and thus the K isotope could potentially be a powerful new tool to understand volatile depletion/recondensation process. This project aims to apply new high-precision MC-ICP-MS K-isotope measurement to study large number of carbonaceous chondrites, focusing on analyzing potassium abundances and 41K/39K ratios of Ca, Al-rich refractory inclusions, chondurles, matrix and bulk rock. Our research will compare K-isotopic abundances and fractionation among different chemical groups of carbonaceous chondrites, to study fractionation effects of K isotopes in the nebula, and characterize K-fractionation processes and depletion mechanism in the early Solar system.

钾是个中等挥发性元素，一般认为钾和其它挥发性元素相对球粒陨石在类地行星中高度亏损。然而，什么过程或事件引起这种亏损尚未可知。前人由于传统分析技术的限制，导致不同行星间（地球、月球、火星等）及小行星之间没有检测到钾同位素分异。近两年来，随着分析方法的改进，高精度（内部精度达0.05‰）钾同位素分析方法成为可能，使得钾同位素一跃成为揭示挥发性元素亏损/冷凝过程的一个新的有力的工具。本项目拟以大量的碳质球粒陨石为研究对象，利用国际上最新的高精度MC-ICP-MS钾同位素分析技术，测定球粒陨石（难熔包体、球粒、基质和全岩）的钾含量与钾同位素比值。通过对比分析不同化学群碳质球粒陨石之间钾同位素成分的相关性，来研究球粒陨石中钾同位素在星云中的分异作用，进而揭示早期太阳星云中钾同位素的亏损机制和分异机制。

钾是个中等挥发性元素，可用来揭示早期太阳星云中挥发分的亏损机制和分馏机制。本项目利用国际上最新的高精度MC-ICP-MS钾同位素分析技术，按照任务书计划，在钾同位素研究方面取得了重要进展：1）完成了大量碳质球粒陨石和普通球粒陨石全岩的高精度钾同位素研究，发现它们的钾同位素呈二分性分布，且钾同位素成分与陨石的化学类型、岩石类型、冲击变质类型、风化级别及宇宙射线暴露年龄没有明显的相关性，不符合单阶段部分蒸发或冷凝机制；2）完成了碳质球粒陨石中各组分（球粒、难熔包体和基质）的高精度钾同位素研究，发现球粒的钾同位素成分是星云过程和母体过程综合叠加的结果；3）完成了全世界不同散落区的冲击玻璃（Tektite）样品的高精度钾同位素研究，并与上陆壳源岩进行对比，发现中等挥发性元素钾在冲击玻璃形成过程中不发生丢失，同位素不发生分馏，与理论计算和数值模拟结果一致。. 此外，本项目还对我国返回的嫦娥五号首批月球样品开展了岩相学、矿物学和同位素研究，发现了一块较为少见的高钛月海玄武岩岩屑，为研究月球年轻地质活动提供了重要证据；对小行星样品开展了岩石学、矿物学以及年代学研究，为太阳系早期小行星熔融、冲击和裂解历史提供了重要见解。