碳质球粒陨石中不溶有机质(IOM)与水协同演化的冲击实验研究：以Murchison和EET 90628为例

研究人员通过冲击恢复实验模拟碳质球粒陨石（CM2和L3.0）的短时加热过程，揭示不溶有机质(IOM)在5-50 GPa压力下的碳化、氧化及结构演化规律，发现IOM的δD值从1636‰骤降至-79‰（40 GPa），证实其演化受控于后冲击冷却时长而非峰值压力，为天体碰撞中有机-矿物协同演化机制提供新见解。

　　

太阳系早期碰撞事件如何影响碳质陨石中有机质的演化？这一科学问题长期困扰着天体化学领域。碳质球粒陨石作为最原始的地外物质，其内部不溶有机质（Insoluble Organic Matter, IOM）和含水矿物的协同演化记录着关键的热历史信息。虽然自然样本显示部分陨石经历短时加热（可能源于撞击或太阳辐射），但实验室模拟始终难以复现IOM的完整演化路径。

法国国家空间研究中心（CNES）资助的研究团队选择典型CM2型陨石Murchison和L3.0型陨石EET 90628，在东京工业大学完成5-50 GPa的冲击恢复实验。通过红外光谱、拉曼光谱和纳米二次离子质谱（NanoSIMS）分析，首次系统揭示IOM在极端条件下的结构-成分-同位素协同演化规律。论文发表于《Geochimica et Cosmochimica Acta》。

关键技术包括：1）高压气炮冲击实验模拟陨石母体碰撞；2）傅里叶变换红外光谱（FTIR）追踪蛇纹石脱水（SiO₄^4-峰位移）和IOM官能团变化（1700 cm^-1羰基峰）；3）拉曼光谱分析D带与G带强度比（I_D/I_G）反映IOM石墨化程度；4）NanoSIMS绘制δD同位素空间分布。

主要结果

1. Murchison冲击实验：

• 5-50 GPa均引发IOM碳化与氧化，40 GPa时蛇纹石完全脱水（对应自然样本III阶段加热），伴随橄榄石和非晶质硅酸盐生成。
• δD值从初始1636±529‰骤降至-79‰（40 GPa），反映氢同位素热扩散导致"热点"消失。

1. EET 90628冲击实验：

• 拉曼参数I_D/I_G与D带半高宽（FWHM-D）的协同变化与自然3型球粒陨石一致，但G带参数（FWHM-G和ω_G）与冲击强度无相关性，区别于地球煤和干酪根的渐进热演化模式。

1. 冷却时长效应：

• 后冲击冷却阶段（小时至年尺度）而非μs级峰值压力主导IOM演化，传统小时级控氧加热实验更接近自然样本特征。

结论与意义
该研究首次建立IOM结构参数（拉曼D/G带比）、氢同位素组成（δD）与冲击压力的定量关系，证明陨石中有机质演化存在"压力-温度解耦"现象：高压虽引发矿物相变（如蛇纹石→橄榄石），但IOM碳化程度仅与等效热历史相关。这为区分撞击加热与太阳辐射加热提供了新判据，并暗示小行星表面微撞击可能通过累积热效应显著改变有机质保存状态。研究数据已公开于SSHADE数据库，为行星防御和样本返回任务（如"隼鸟2号"）的有机质分析奠定基础。