月球的Ca同位素组成特征

Calcium is a refractory and lithophile element. Calcium doesn't fractionate due to high temperature condensation, volatilization and core-mantle differentiation during planet accretion and differentiation processes, giving a wide range of application on origin and evolution of planet. Currently, the study on the lunar Ca isotope is limited due to the scarce sample. The project try to understand the fractionation mechanism during the lunar mantle partial melting and LMO (lunar magma ocean) differentiation based on investigations on lunar samples including basalts, plagioclases and KREEPs, and further explore the Ca isotopic characteristics representing the origin information of moon. We hope this study will improve our understanding of the isotopic composition of the moon and the earth, and then deepen the understanding of the origin of the moon and broaden the application of Ca isotope in the study of planetary composition and evolution.

Ca 在行星形成的吸积、分异过程中，不会因为高温凝聚或者挥发发生同位素分馏，也不会因为核幔分异过程进入核部从而发生同位素分馏，因而在行星起源及演化等方面有广泛的应用前景。目前月球Ca同位素组成主要是基于月球玄武岩，但月球玄武岩是月幔部分熔融产物，因而在代表月球整体组成方面存在一定的问题。本项目拟通过研究更多类型更多数量的月球样品，尝试了解月球玄武岩Ca同位素特征所反映的月幔部分熔融机制，及月幔、斜长岩、KREEP岩之间所反映的岩浆洋结晶分异分馏机制，并在此基础上进一步认识代表月球起源信息的Ca同位素特征这一重要科学问题。希望通过研究，加强月球与地球Ca同位素组成对比及其成因联系方面的认识，并拓宽Ca同位素在研究行星组成与演化方面的应用范围。

钙作为难熔亲石元素，在行星形成的吸积分异过程中，不会因为高温凝聚或者挥发发生同位素分馏，也不会因为核幔分异过程进入核部从而发生同位素分馏，因而在行星起源及演化等方面有广泛的应用前景。我们在课题执行期间共收集各类陨石57件，针对课题研究对象的特殊性开发了专用分析技术，包括多元素同位素高精度同步分析测试技术、富钙样品的Ca同位素分析、单柱分离高精度Nd、Ce同位素分析技术。结果表明，建立的Nd同位素分析方法可以同时高精度测量地质物质的δ142/144Nd、δ145/144Nd、δ146/144Nd以及放射性成因143 /144Nd比值，建立的高精度Ce同位素分析方法简便、省时，有利于进一步开展Ce同位素地球化学研究。这些技术成果，有助于课题后续工作以及月球和深空探测样品准确测定分析。陨石分析结果表明，碳质球粒陨石的Ca同位素组成相对于硅酸盐地球偏轻，从CV 群(0.45‰±0.04‰, 2SE)、CM 群(0.73‰±0.04‰, 2SE)到CO群(0.78‰±0.03‰, 2SE)逐渐变重，BSM的δ44/40Ca值估计为0.89-0.95‰，与BSE的Ca同位素组成（0.94±0.05‰）在误差范围内一致。本课题研究中获取的各类数据有助于加深我们对地外样品的钙同位素组成的了解及其在天体化学领域中的应用，进一步认识月球钙同位素组成及其形成机理，阐明钙在月幔部分熔融和月球岩浆洋结晶分异过程中的分馏机制。