我国在南极格罗夫山发现的首块古铜钙长无球粒陨石(GRV 150277)及其外源碎屑研究

HED(Howardite-Eucrite-Diogenite)族陨石及其可能母体灶神星是国际深空探测与小行星研究的热点。其中,经历了复杂撞击混合成岩作用而形成的Howardite(古铜钙长无球粒陨石),是研究灶神星表土层物质组成与演化这一国际前沿领域的主要对象。21世纪以来,中国在南极格罗夫山回收了大量陨石,这为我国行星科学的发展提供了重要的研究标本。我国目前已分类的南极陨石中发现有3块Eucrite陨石,其为研究灶神星岩浆活动提供了重要机遇。本次工作对2016年收集到的南极格罗夫山陨石GRV 150277进行了系统性岩石学与矿物学研究。研究结果表明GRV 150277具有典型的角砾结构,主要由近乎等比例的Diogenite陨石和Eucrite陨石碎屑组成,是我国在南极发现的第一块Howardite陨石。此外,GRV 150277中还可见少量的铁陨石与CM型陨石碎屑,表明灶神星表土层遭受了多种小行星撞击。GRV 150277陨石的发现及其外源碎屑的详细研究,对确定灶神星表土层物质组成与演化历史具有重要的指示意义。

月球陨石:月球的物质组成及其演化历史的见证

月球陨石是遭受小行星撞击从月球飞溅出来并陨落到地球上的岩石,是研究月球物质成分和演化历史的重要对象。自1979年发现和确认了第一块月球陨石(ALHA 81005)之后,至今已收集到165块月球陨石。虽然Apollo计划和Luna计划采集了382 kg月球样品,但由于飞船登陆采样位置有限,月球陨石对了解月球的物质组成和演化历史提供了重要的样品补充。除了少量具有结晶结构的岩石类型以外,大部分月球陨石为碎屑岩,这些碎屑岩主要有三类:高地斜长质角砾岩、月海玄武质角砾岩和高地斜长质-月海玄武质混合角砾岩。根据岩性分析,尤其是岩屑,月球陨石中存在斜长岩、玄武岩、辉长岩、橄长岩、苏长岩、克里普(KREEP)岩。在月球陨石中逐渐发现了不少克里普岩组分,其中SaU169中VHK的富KREEP成分代表了月球中可能存在的原始富KREEP岩浆源,这为探索月球中克里普岩成因提供了重要信息。据研究,现已发现了6对溅射成对月球陨石,同时,还发现了9个可能的月球陨石来源区域。后成合晶现象的发现对月球表面冲击变质作用研究具有重要的意义。此外,月球陨石同位素年龄和稀有气体成分研究不但获得了月球岩石结晶和月壳形成过程的信息,同时也获得了月球表面的冲击变质历史信息。

微量陨石激光熔样稀有气体测定方法

微量陨石激光熔样稀有气体测定方法是一种可以在微米尺度上对几毫克陨石样品进行准确稀有气体同位素分析的方法,克服了传统全岩熔融法在测量时存在样品用量大、前处理过程复杂和样品稀有气体分布不均导致不同组分的宇宙射线暴露历史无法进一步区分等问题。但是由于该方法所用样品体积小和样品用量低,要求实验室具有超低本底的稀有气体提取系统,目前国内在微量陨石稀有气体分析技术方面尚处于起步阶段。本文采用金刚石激光样品窗成功研制了超低本底的气体提取系统,通过系统体积标定和天平称量误差、热本底、干扰元素、质量歧视及质谱灵敏度等参数的校正,在中国科学院地质与地球物理研究所建立了微量陨石激光熔样稀有气体测定方法,并对毫克级微量钙长辉长无球粒陨石Millbillillie粉末标样进行了稀有气体同位素含量和比值测定,计算获得准确一致的宇宙暴露年龄。该方法的建立,将为我国迅速发展的比较行星学和深空探测提供重要技术支撑。

钙长辉长无球粒陨石NWA 11586稀有气体及其年代学

HED族陨石来自灶神星,是研究太阳系和类地行星形成及演化的重要窗口,而研究稀有气体是了解HED族陨石和灶神星撞击历史与热事件的主要途径。本文对非角砾岩化钙长辉长无球粒陨石NWA 11586开展了稀有气体、宇宙暴露(CRE)年龄和气体保存年龄研究。稀有气体同位素表明,NWA 11586陨石He、Ne和Ar气体主要是宇宙射线成因和放射性衰变成因的;该陨石CRE年龄(38.5±4.1 Ma)与HED族陨石35~41 Ma的主要撞击溅射事件年龄相一致,故其可能在~40 Ma前从灶神星或V型小行星溅离;陨石U、Th-^(4)He(T_(4))及^(40)K-^(40)Ar(T_(40))气体保存年龄分别为1019±41 Ma和3041±77 Ma,已受到后期热事件影响而发生了重置。

极地微陨石的收集、研究与设想

微陨石对于人类研究地外环境和太阳系的演化而言,具有极其重要的意义。20世纪40年代开始,微陨石的收集便成了国际上的热点。尤其是80年代后,通过在南北两极开展微陨石收集,产出了大量的科学成果。我国的微陨石研究主要集中在20世纪80—90年代,而后便处于停滞的状态。本文简要介绍了各国在极地微陨石方面取得的成果,基于我国陨石和微陨石的研究现状,对我国开展极地微陨石研究提出了几点设想和规划。

月球陨石NWA 11801中火山玻璃的特征与成因

对月球陨石NWA 11801开展了详细的岩石矿物学研究,发现了24颗玻璃,其中9颗玻璃成分相近。其主量元素Mg、Al、Ca和Fe的成分及微量元素Mn、Cr等的成分都分布在一个较小的范围内,且MgO/Al_(2)O_(3)=1.31~1.54,落在月球火山玻璃范围(>1.25),故这9颗玻璃为火山玻璃。然而,它们在结构上具有一定变化,其内部微晶的数量和形态表现出差异性,这些差异性是由于冷却环境不同造成的。因此,9颗火山玻璃的结构和成分特征表明,它们可能是同一岩浆喷发形成,但喷出后玻璃形成的环境温度条件不同。另外,在其中一颗火山玻璃中发现了橄榄石斑晶,橄榄石呈自形晶且Fo值(76.4 mol%~78.2 mol%)较高,可能表明这些橄榄石来自于月球内部,记录了月球岩浆结晶和演化的过程。

新疆库木塔格004号陨石球粒类型研究及其在球粒分类体系的应用

球粒是球粒陨石的主要组分,目前球粒分类体系主要有3种,即结构分类、FeO-SiO2分类和M-FeO-CaO分类。球粒结构分类过于依赖结构与形态,而与化学成分联系不紧密。FeO-SiO2分类体系和M-FeO-CaO分类体系在传统的结构分类体系基础上加入了矿物化学分类参数,这有利于进一步研究太阳星云演化的物理化学过程。但与结构分类相比,很少利用FeO-SiO2和M-FeO-CaO分类体系对陨石球粒进行分类。本次所研究陨石为中国新发现的沙漠陨石富集区——新疆库木塔格沙漠004号陨石(L4,S4,W3),在对其中的球粒进行了详细普查和研究的基础上,分别利用3种分类体系对该陨石中的球粒进行分类,并进一步探讨了FeO-SiO2分类和M-FeO-CaO分类方法优缺点与应用范围。通过对比分析,提出了后两种分类方法的改进意见:针对FeO-SiO2分类体系,提出以硅酸盐中FeO=7.5%(wt%)为I型和Ⅱ型球粒分界线,SiO2=47%及53%(wt%)为A型、AB型和B型球粒分界线。FeO-SiO2分类体系不仅能应用于斑状球粒,也适用非斑状球粒。对M-FeO-CaO分类体系依据辉石组分(FeO及CaO,单位wt%)对A1型(FeO<1,CaO>1)、A2型(FeO≈1—3,CaO<0.5)、A5型(FeO≈11—14,CaO≈0.3—0.9)和B型(FeO>3,CaO<0.5)球粒的类型区间进行了初步划分。

南极GRV 090196普通球粒陨石熔壳特征及其成因探讨

熔壳是陨石在穿过大气层时因摩擦发热熔融所形成的表层皮壳。由于进入速度差异和大气层的结构变化,陨石可能产生不同的熔壳结构特征和类型,因此,熔壳的研究对探索陨石穿过大气层过程和反映当时的大气层结构具有一定意义。因为南极特殊的地理气候条件,很多南极陨石样品保存了原始或完整的熔壳结构,因此,南极陨石是研究熔壳的理想对象。GRV 090196是H5型普通球粒陨石,具有完整的熔壳结构,而且存在定向飞行的特征,前后存在结构不同和厚薄不一的熔壳,即四层结构的Ⅰ号熔壳(1.3 mm厚)和二层结构的Ⅱ号熔壳(0.4 mm厚),是一块研究熔壳形成过程的理想样品。本文对GRV 090196的熔壳开展了系统的岩石学和矿物学研究,对熔壳成因进行了讨论。Ⅰ号熔壳由外向里分为四个不同结构层。第一和第二层主要由辉石质玻璃质组成,可见橄榄石斑晶,说明发生了完全熔融和重结晶。这两层熔壳橄榄石斑晶的形态与成分有明显的差别,表明它们为二次熔融体的冷凝形成。第三层熔壳发生部分熔融,大部分矿物颗粒发生圆化,其中含有少量气泡。第四层熔壳产生热变质,单偏光下不透明,反光下发黑,这可能是高温还原的暗化现象,该层岩石结构特征与陨石内部相似。Ⅱ号熔壳由外向里分为三层,第一层硅酸盐颗粒发生过部分熔融且可见大量金属颗粒,第二、三层特征与Ⅰ号熔壳三、四层基本相同。通过对比研究,我们认为熔壳可以由陨石熔融物堆积作用产生并且可以利用其判断陨石降落的方向性。Ⅰ号熔壳存在两层玻璃质层且橄榄石斑晶发生了重结晶,判断在陨石降落过程中,陨石头部因摩擦发热而产生的熔融物质受到气流驱动而在陨石定向飞行的尾部产生堆积,二次熔体的形成可能反映了该陨石运行时穿过两层密度相对大的大气结构层,而Ⅱ号熔壳位于陨石的前侧部,熔化物质仅有少量保留,形成了很薄的玻璃质熔壳。

月球高地陨石NWA 15528撞击历史及源区分析

中国嫦娥5号计划、美国Apollo计划以及苏联的Luna计划返回了具有重要科学意义的月球正面样品,但尚未返回月球背部样品,因此针对月背陨石的研究可以更好地理解月背撞击历史及演化特征.NWA 15528是一块新发现的月球长石质表土角砾岩陨石,研究表明其极有可能来自月球背面的长石质高地地体区域(FHT).对NWA 15528基质及角砾的岩相学,主量、微量元素和稀有气体(He、Ne、Ar)同位素研究表明:NWA 15528含有丰富的岩石碎屑和矿物碎屑,包括斜长质岩屑、麻粒岩质岩屑、撞击熔融角砾岩岩屑、玄武质岩屑、撞击玻璃以及矿物集合体等.斜长岩屑占比较大,其中结晶粒度较大且化学成分均匀的矿物可能来自深成侵入岩,如苏长/橄长质岩屑来自深部月壳,而其余橄长质岩屑、辉长质岩屑皆为高地来源.NWA 15528矿物的Sm浓度具有与第四组Apollo 16熔融样品相似的特征,表明NWA 15528具有典型的斜长质高地月球陨石成分.全岩化学成分与Apollo样品数据及全月遥感结果对比表明,NWA 15528与月球背面长石高地地体(FHT)和亚铁斜长岩(FAN)有很强的亲缘关系.稀有气体同位素组成显示为太阳风(SW)成因和宇宙射线成因混合来源,在分步加热提取过程中观察到,随着温度的升高,宇宙射线成因稀有气体同位素占比逐渐降低,而SW成因稀有气体同位素占比逐渐增加.NWA15528的基质和麻粒岩屑的屏蔽深度都在10~20g cm^(-2)范围内,平均宇宙射线暴露年龄为(42±6)Ma,气体保留年龄为2.14Ga,古龄为(0.69±0.2)~(0.74±0.2)Ga(假设50%40Arm=^(40)Artrap),表明NWA 15528角砾岩形成时间可能晚于0.69~0.74Ga.

普通球粒陨石NWA15004岩石矿物学特征及球粒类型研究

普通球粒陨石是目前发现数量最多的陨石,对认识早期太阳星云演化和太阳系物质成分具有重要的意义。Northwest Africa(NWA)15004是一块非洲西北部新发现的普通球粒陨石。本次研究使用光学显微镜、电子探针以及扫描电镜等分析仪器对该陨石进行详细的岩石学、矿物学及球粒特征研究。结果表明该陨石球粒轮廓较为模糊,基质重结晶明显,橄榄石平均Fa值为25.4 mol%(PMD为2.65%),低钙辉石的平均Fs值21.3 mol%(PMD为3.95%),硅酸盐矿物化学成分较为均一,根据岩相学及矿物学特征将其划分为L5型普通球粒陨石。橄榄石和辉石颗粒发育波状消光和面状破裂,且观察到有熔融囊的出现,表明该陨石受到S3以上的冲击变质作用。球粒的成因和形成的星云环境需要准确的球粒类型划分,球粒按结构类型分类较多,但其化学成分均一,该陨石所有球粒的橄榄石辉石的Mg^(#)约为74.5,均为Ⅱ型富铁球粒,结合“CIPW标准”计算基质化学成分均为A5型球粒。利用共生单斜辉石和斜方辉石矿物对成分特征计算得到NWA 15004陨石热变质平衡温度为814℃,说明该陨石母体经历了较高程度热变质过程。利用镍纹石中心镍浓度和镍纹石的带宽计算得到平均冷却速率约为10℃/Myr,说明该陨石在母体阶段还经历了较快速的冷却历史。

月球陨石稀有气体和宇宙暴露年龄研究进展与展望

稀有气体及宇宙射线暴露（CRE）年龄是研究月球陨石辐射历史的重要媒介,其能够反演陨石所经历的表土层地质过程。本文收集了月球陨石的所有稀有气体浓度、同位素比值和CRE年龄数据,结合前人研究成果进行了对比分析,结果显示,月球陨石角砾岩和非角砾岩稀有气体分别具有＂三峰三谷＂式和＂两峰＂式分配模式,且稀有气体浓度从非角砾岩、角砾岩到表土角砾岩逐渐增高;月球陨石不存在太阳高能粒子组分（SEP）,但存在太阳风分馏组分（FSW）的可能;月球陨石具有两个不同的CRE年龄,分别为指代地月转移时间的T（4π）年龄和陨石在表土层受到宇宙射线辐射累积时间的T（2π）年龄。表土角砾岩和非表土角砾岩的T（2π）年龄分别约为400-1000 Ma和28-60 Ma,而月球陨石的T（4π）年龄为（0.4±0.9）Ma;月球陨石在表土层中的埋深为0-7.5 m,其宇宙射线辐射起始年龄普遍大于T（2π）年龄。未来月球陨石稀有气体研究有望在宇宙成因稀有气体（2π）产率模型、月球原生稀有气体和紫外激光原位稀有气体测试方法方面取得进展。

中国陨石学与天体化学研究进展(2011—2020)

过去十年,中国陨石学与天体化学研究迎来了一个迅速发展时期。嫦娥工程与月球采样返回,以及天问一号火星探测等一系列深空探测工程的成功实施,极大地推动了我国陨石学和天体化学的发展;南极格罗夫山陨石库的建设,为学科发展提供了充足样品;高精度同位素分析平台的建设,保障了陨石及地外返回样品的分析研究需要;此外,国内还涌现了一批优秀行星科学与天体化学青年人才。与此同时,通过对各类陨石的研究,在太阳星云起源与演化、火星与月球等类地行星形成与宜居性研究、小行星岩浆作用和含水蚀变及后期撞击历史等方面也取得了重要成果。

钙长辉长无球粒陨石NWA 12274/12275/12276/12277/12278稀有气体及年代学研究

岩石矿物学研究发现HED(Howardite-Eucrite-Diogenite)族陨石NWA 12274/12275/12276/12277/12278与NWA 11586可能为成对陨石,但需要稀有气体等证据支持。本次工作对这5块陨石开展了稀有气体、宇宙暴露(CRE)年龄和气体保存年龄研究。结果发现它们具有相一致的稀有气体同位素比值和CRE年龄,表明NWA系列陨石互为降落成对陨石;陨石CRE年龄[(36.2±3.7)Ma]与灶神星主要溅射事件/时期年龄(35.0~42.5 Ma)一致,表明它们可能在约36 Ma前从灶神星或V型小行星溅离;陨石的U、Th-^(4)He(T4)及^(40)K-^(40)Ar(T_(40))气体保存年龄分别为0.3~1.3 Ga和2.8~3.4 Ga,显示这些陨石不同程度受到了后期热事件的影响;该流星体进入大气层的初始半径约为12.2 cm,在穿越大气层期间质量损失了约56%。