铁陨石Os、W同位素宇宙射线辐射效应以及Hf－W定年

The 182Hf-182W short-lived radionuclide system is of significant importance in studying the metal-silicate differentiation of terrestrial planets and planetesimals in the early Solar System. Magmatic iron meteorites are the remnants of the cores of old planetesimals. Hf-W system is especially tailored for dating metal-silicate differentiation of iron meteorite parent bodies. However, the abundance of 182W in iron meteorites can be easily affected by their long exposure to galactic cosmic rays (GCR) through neutron capture reactions. The purpose of this project is to: (1) develop an high-precision method for tungsten isotopic determination; (2) determine the W and Os isotopic composition of iron meteorites from different groups; (3) evaluate the robustness of osmium isotopes as a tracer for correcting the GCR effects on W isotopes; (4) compare the difference in 182W abundance between different iron meteorite groups after GCR effect correction, and to further constrain the accretion and differentiation history of iron meteorite parent bodies.

Hf-W灭绝核素体系是制约行星、早期星子金属-硅酸盐相分异过程的一个重要工具。岩浆成因铁陨石是来自古老小行星核部的残片，Hf-W定年是为铁陨石母体定年最有效的手段。然而受宇宙射线辐射影响，铁陨石中的W同位素会发生热中子捕捉反应, 不能反映其原始组成。本项目拟在建立和完善高精度的W同位素分析方法的基础上，测量不同族铁陨石的W和Os同位素组成，探索Os同位素作为铁陨石中热中子密度指示剂的适用性和影响条件，完善校正模型，进而利用该模型校正宇宙射线辐射对W同位素的影响，比较不同族铁陨石校正辐射影响后的W同位素组成上的变化，从而制约太阳系早期各类铁陨石母体的凝聚和分异历史。

本项目改进了铁陨石的W分离流程以及采用了新型HPAS方法消解Os，简化了分离流程，建立与完善了高精度的W、Os同位素质谱分析方法，分析测试精度均达到了国际先进水平。通过对多个化学族的铁陨石的W和Os同位素组成进行系统的测量，申请人发现铁陨石中182W丰度有比较大的变化，在充分考虑了核合成异常和183W非质量相关分馏的影响后，创新性地提出W同位素辐射效应可以由利用192Os和189Os同位素对进行质量分馏校正后的190Os/189Os比值校正，因为其不受陨石化学组成的影响。而且，通过分析得到IID、IIIAB和IVB族铁陨石W-Os校正斜率的平均值（1.42±0.21）与模拟结果一致，可以有效地校正铁陨石中的W同位素宇宙辐射效应。申请人通过校正后的W同位素数据并结合铁陨石形成-分异热模型，得到了铁陨石母体（IIAB、IIIAB、IVB和IID）分异年龄在0.84到5百万年之间，其吸积年龄在0.6到2.5百万年左右。其中IIAB、IIIAB和IVB结果与前人工作基本一致，而IID族铁陨石W同位素组成（ε182W）比前人偏正，可能是因为前人所使用的Pt同位素校正辐射效应方法更容易受到核合成异常的影响。相比于前人认为的这些分异铁陨石族母体形成于两个时间段的结论，申请人认为铁陨石母体的形成可能是连续发生的，表明太阳系星云物质的吸积是一个较为长久且持续的过程。