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張明明等-GCA|MPS:原始球粒隕石中難熔包體的“前世今生
2020-01-21 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  球粒隕石是太陽系形成和早期演化過程殘留的化石,是地球等類地行星的“建筑材料”。難熔包體是球粒隕石的重要組成部分,是太陽系最早形成的固態物質(~4567 Ma),記錄了太陽星云的初始狀態、重要事件以及星云盤徑向空間上的同位素分布。難容包體通常由黃長石、尖晶石等高溫難熔礦物組成,并根據結構特征劃分出火成結構的熔融結晶型、細粒松散結構的氣-固凝聚型二大類。火成難熔包體是研究熱點,但其初始物質組成、熔融程度、同位素異常和分餾的機制等仍存在爭議。火成難熔包體常存在一種由尖晶石晶體層包圍的特殊集合體(后面簡稱“尖晶石殼體”)(圖1),一種觀點認為它們是殘留的前一世代難熔包體,另一種觀點認為是難熔包體熔融時形成的氣泡,尖晶石在氣泡表面聚集成殼,隨后氣泡破裂,熔體灌入并結晶。 

  為了進一步厘清火成難熔包體的成因,中科院地質與地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室張明明博士生與導師林楊挺研究員等對Allende碳質球粒隕石中火成難熔包體的“尖晶石殼體”開展了巖相學、背散射電子衍射晶體取向測定、三維結構CT分析以及氧同位素離子探針分析等工作。巖相特征表明,尖晶石殼層由自形尖晶石晶體緊密排列構成,并且晶體的長軸指向殼體的中心,具有熔融結晶的特征。背散射電子衍射結果表明,尖晶石殼體內、外的鈣長石具有結晶連續性(圖1c),可能是同一晶體的連續生長結果。CT分析給出的3D結構顯示,兩個獨立的尖晶石殼體在中部發生了部分融合;另有一個尖晶石殼體被粗粒的鈣長石晶體包裹,其內部的鈣長石和主晶鈣長石具有相同的結晶學取向。電子探針和離子探針分析表明,尖晶石殼體與宿主難熔包體具有相同的礦物化學和氧同位素組成。該研究為火成難熔包體的形成提供了新的證據,證明尖晶石殼體是富氣泡熔體結晶的產物,而不是殘余或捕獲的前一世代難熔包體 

1 Allende碳質球粒隕石中的一個火成難融包體。(aAllende碳質球粒隕石中的火成難熔包體 (BBA-7),它富含尖晶石殼體(黃色框);(b)復合型尖晶石殼體(FA-1),其中FA-1b完全包裹著FA-1a,且兩者同時被一個連續的鈣長石晶體穿插;(c) 尖晶石殼體的背散射電子衍射結果。白色為尖晶石,彩色為不同取向的鈣長石。礦物縮寫:Mel=黃長石;An=鈣長石;Fas=富鋁鈦透輝石

  通常認為難熔包體形成于靠近原始太陽的高溫區域,而后被拋射或搬運到整個原始星云盤,最終與其他物質一起聚積形成星子,包括各類球粒隕石的不同母體小行星。另外,在原始星云盤中還普遍存在另一種高溫加熱事件,形成了球粒隕石中最主要的組分,即各種硅酸鹽球粒。但是,有關難熔包體與球粒這二類組分之間的成因關系不清楚,而一些特殊的富鋁球粒可以為厘清這二類重要組分之間的關系提供重要的制約。為此,張明明等對Allende和寧強碳質球粒隕石中13個富鋁球粒開展了巖石學、礦物化學、全巖主微量元素以及原位氧同位素分析,發現了指示難熔包體來源的殘留鎂橄欖石、尖晶石和富鋁鈦透輝石,表明這些富鋁球粒的形成是由混入難熔包體的初始物質高溫熔融形成。更為重要的發現是,混入的難熔包體在化學組成上,包含了已知5REE配分模式中的3種(I型、II型和類II型、III型)(圖2)。此外,富鋁球粒和普通球粒具有相同的氧同位素組成(Δ17O-5‰,圖3),指示兩者在相同區域熔融。該發現表明各類型難熔包體形成之后,一起被搬運到球粒隕石形成區域,并與鎂鐵硅酸鹽物質混合,然后加熱熔融形成富鋁球粒。新的發現不支持富鋁球粒是難熔包體與球粒形成過程的中間產物的觀點。 

2 富鋁球粒的REE配分模式,對應于難熔包體的3種類型,即Group I, IIII-like, III。縱坐標為相對CI標準化的含量

3 富鋁球粒的礦物氧同位素組成;殘余的橄欖石和尖晶石顯著富集16OΔ17O低至~-20‰),類似于難熔包體礦物的氧同位素組成;原位結晶的橄欖石和輝石顯著貧16OΔ17O ~-5‰),類似于與鐵鎂質球粒中的結晶相;斜長石則不同程度的貧16OΔ17O ~-5‰-1‰),指示它們受到了母體小行星熱液流體交代作用的影響。礦物縮寫:Sp=尖晶石;Ol=橄欖石;Lpx=低鈣輝石;Hpx=高鈣輝石;Pl=斜長石;Al-Ti-Di=富鋁鈦透輝石。PCM=原始球粒礦物線(斜率0.987Ushikubo, 2012; CCAM=碳質球粒隕石無水礦物線(斜率0.941Clayton, 1993  

  研究成果分別發表于Meteoritics & Planetary Science和國際專業頂級期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。(Zhang M, Lin Y*, Leya I, et al. Textural and compositional evidence for in situ crystallization of palisade bodies in coarsegrained CaAlrich inclusions[J]. Meteoritics & Planetary Science, 2019, 54(5): 1009-1023. DOI:10.1111/maps.13260Zhang M, Lin Y*, Tang G, et al. Origin of Al-rich chondrules in CV chondrites: Incorporation of diverse refractory components into the ferromagnesian chondrule-forming region[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta. DOI: 10.1016/j.gca.2019.12.011
 
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