普通球粒陨石中富铝球粒的氧同位素研究

Chondrules and Ca,Al-rich inclusions are high temperature components formed during transient heating events in the early solar system, which reflect spatially or temporally distinct nebular regions under different physico-chemical conditions. Aluminum-rich chondrules, with bulk Al2O3 higher than 10 wt%, are a rare and special constituent in primitive chondrites. With regard to mineralogy, bulk chemical compositions and oxygen isotopes, ARCs are intermediate between CAIs and ferromagnesian chondrules, and probably formed from melting of mixtures of them. Their origin are still under considerable debate. Oxygen is the principal constituent of most phases, and its isotopic composition and variation can effectively trace the reservoir and the nebular history of chondrules. Using scanning electron microscope, electron microprobe and ion microprobe, this project will systematically investigate the oxygen isotopes of ARCs found in ordinary chondrites. By comparing O-isotopic compositions of ARCs among different chondrites as well as of ARCs with different types, we will try to reveal the formation of ARCs, discuss the spatial and temporal relations between CAIs and ferromagnesian chondrules, and provide important information for the formation and the early evolution history of the solar system.

球粒和富钙富铝难熔包体（CAI）是在早期太阳系中高温条件下瞬间加热形成的，反映了不同的物理-化学条件下不同星云区域在时间或空间上的差异。富铝球粒（ARC）是球粒陨石中一种罕见又极其重要的组成部分，指的是全岩Al2O3含量大于10 wt％的一类特殊的球粒，它在岩石矿物学、全岩化学成分和同位素组成等方面的特征介于球粒和CAI之间，很可能是这两者相互混合后熔融形成的，但其成因目前存在很大争议。氧同位素成分可以有效地示踪球粒的储库和星云历史，对球粒形成和演化的各个阶段能提供重要信息。本项目以普通球粒陨石为研究对象，利用扫描电镜、电子探针、离子探针等微区原位分析手段，对其中发现的富铝球粒重点开展氧同位素研究。通过对比分析不同球粒陨石中富铝球粒和不同类型的富铝球粒的氧同位素组成的异同，解决球粒陨石中富铝球粒的形成机制，探讨富铝球粒、球粒与CAI的时空关系，为解读太阳系形成和早期演化历史提供重要信息。

球粒和富钙富铝难熔包体（CAI）是太阳系内46亿年前形成的最古老的物质，是了解太阳星云内各种形成过程和条件的窗口。富铝球粒在矿物组成、岩石化学和同位素组成等方面的特征都介于CAI和铁镁质球粒之间，很可能是这两者相互混合的产物。本项目研究了普通球粒陨石GRV 022410（H4）、GRV 052722（H3.7）、GRV 020104（H3.4）、GRV 050016（H3.7）、GRV 050009（H3.6）和Julesburg（L3.6）中发现的12个富铝球粒。详细的岩相学和矿物学研究表明，这些富铝球粒的全岩Al2O3含量为17~33%，均显示火成结构，主要由橄榄石、高钙和低钙辉石、长石、尖晶石和玻璃组成。离子探针原位分析显示，富铝球粒组成相的氧同位素成分（δ18O=–6.1~7.1‰；δ17O=–4.5~5.1‰）与镁铁质球粒相近，远比CAI（δ18O=−40‰；δ17O=−40‰）亏损16O。在三氧同位素图上，大部分富铝球粒投在地球分异（TF）线附近，少部分（含尖晶石）投在TF线和碳质球粒陨石无水矿物线之间。长石、霞石及玻璃的氧同位素成分是母体变质过程中氧同位素交换的结果。尖晶石、橄榄石及辉石的氧同位素成分代表了原始的富铝球粒的氧同位素组成，这些数据拟合线的斜率为0.7±0.1。与前人研究结果相比，更缓的斜率及更贫16O的成分进一步表明普通球粒陨石中的富铝球粒不是CAI与镁铁质球粒简单混合形成的。相反，他们很有可能在多次熔融过程中与贫16O的星云气体储库经历了更高程度的氧同位素交换。.此外，2012年12月13日，我国嫦娥二号探测器成功飞越了图塔蒂斯小行星，首次获得该小行星的高分辨率光学图像。本项目基于嫦娥二号探测器对近地小行星小行星图塔蒂斯的飞越图像，识别统计了小行星图塔蒂斯表面的碎石和撞击坑；分析了第一块火星角砾岩NWA 7034的岩相学特征；利用最新的高精度钾同位素分析方法，分析了玻璃陨石的钾同位素成分。