HED陨石高强度冲击变质的矿物学及年代学制约

Asteroid 4 Vesta is one of the largest asteroids in the main belt of the solar system. Its impact history after formation and differentiation might reflect the impact history of the main asteroid belt and even the whole solar system. Therefore, unraveling intense shock-induced features and thermal history of Vesta is not only critical to constrain the evolution of asteroid 4 Vesta itself, but also important to establish a model of dynamic evolution of the main asteroid belt and the solar system. .This proposal will search for possible mineralogical records of intense shock metamorphism in Howardite-Eucrite-Diogenite (HED) meteorites. The chemical and structural features of minerals related to shock metamorphism will be characterized by in situ microscopic techniques and compared with results from static high-pressure experiments to constrain the P-T-t conditions of shock metamorphism in HED meteorites. We will also study zircon, baddeleyite, and apatite in shocked HED meteorites to constrain the potential effects of natural shock metamorphism on crystal structure and U-Pb geochronology of these minerals and to reveal thermal history related to intense shock metamorphism in HED meteorites and asteroid 4 Vesta.

灶神星是太阳系小行星带中最大天体之一，其形成之后的撞击历史对认识小行星带和太阳系的撞击历史有代表性。因此，弄清其高强度冲击变质的特征和历史不仅对了解灶神星本身的演化有重要科学意义，对构建小行星带和太阳系动力学演化模型也非常重要。. 本项目将在大量灶神星陨石（HED陨石）中搜寻高强度冲击变质的矿物学记录，使用微区原位成分和结构分析技术对其进行表征，与前人静态高压实验结果进行比较以限定灶神星陨石冲击变质发生的压力、温度和高压持续时间等条件。项目还将通过对高强度冲击变质灶神星陨石中锆石、斜锆石和磷灰石等矿物进行矿物学和U-Pb年代学研究，揭示天然冲击变质事件对这些矿物结构和年龄的影响与灶神星的高强度冲击变质历史。

天体撞击是太阳系及其行星系统演化历史中最普遍和最重要的过程之一。HED陨石是来自于4号小行星-灶神星的样品。虽然灶神星表面存在大量撞击坑，但是文献中关于HED陨石中高强度冲击变质记录的报道非常少。本项目主要使用多种电子显微技术研究了灶神星陨石中高强度冲击变质的矿物学记录，以揭示灶神星的撞击和演化历史。通过研究，我们发现钙硬玉、柯石英、斯石英、超硅石榴子石等高压矿物在含有冲击熔融脉的HED陨石中较为常见，并发现了一种新的高压矿物相-灶神星矿和多种独特且具重要温压指示意义的矿物组合（如钙铝榴石+蓝晶石+二氧化硅玻璃，富氧离子空位单斜辉石+钛铁矿+灶神星矿+刚玉+蓝晶石）。这样的矿物组合表明灶神星陨石的冲击变质主要发生在10 GPa左右。但是在NWA 2650陨石中，我们观察到锆石的高压相-雷锆石的存在，揭示了部分灶神星陨石的冲击压力可能高达20 GPa。除了上述典型的冲击变质记录，我们提出部分灶神星陨石中的橄榄石脉是天体撞击导致橄榄石部分熔融并注入到矿物裂隙或颗粒边界形成的，首次发现了灶神星陨石中的刚玉捕虏晶，揭示了灶神星内部存在某种富铝岩石或者区域，提出了撞击作用导致灶神星表面或者内部的硫元素活化并与橄榄石或辉石反应的新观点。本项目还研究了一块火星陨石的冲击变质并提出了冲击变质熔体冷却最早期矿物通过颗粒粘附生长的理论。另外，本项目在球粒陨石中发现了太阳系早期分异星子被撞击形成的碎片，揭示了一种新的分异星子类型，对认识太阳系早期星子多样性有重要意义。为了配合中国嫦娥探月样品返回计划，我们开展了月球陨石的研究工作，提出了阿波罗时代发现的富Cr，Zr和Ca的镁铁钛矿实际是钛铈钙矿。