在“隼鸟2号”采集的样本中，一颗形成于太阳系诞生后800万年的I-Xe矿物，记录了小行星龙宫（Ryugu）母天体的变化过程

《Geochimica et Cosmochimica Acta》：An I-Xe age 8 Myr after solar system formation in a Hayabusa2 sample records alteration on the parent planetesimal of asteroid Ryugu

本研究通过激光加热分步分析，测定了隼鸟2号从小行星Ryugu带回的样本A0105-03和A0105-12的氙同位素组成及I-Xe年龄。结果显示，A0105-12的I-Xe年龄为7.94±0.92 Myr（以钙铝 inclusion 形成时间计算），表明该年龄可能对应小行星结束显著挥发物质损失的时间。氙浓度（2.0–2.7×10^-7 cm3 STP g^-1）显著高于CI型陨石（12–60倍），推测源于稀有Xe-P7成分的载体。碘浓度测量为67±1 ppb，与CI陨石结果一致，证实未受地球大气污染。

　　
该研究通过分析隼鸟2号（Hayabusa2）从小行星162173 Ryugu采集的样本，揭示了太阳系早期演化中关键过程的时间线与物质特征。研究聚焦于氙同位素组成与I-Xe测年法，结合多步骤激光加热质谱技术，解析了Ryugu样本中惰性气体的来源与分布，为理解碳质小行星的成岩历史提供了新证据。

### 1. 样本与实验方法
研究选取了 Hayabusa2 返回的两种样本：A0105-03（表面采集，0.10 mg）和A0105-12（表面采集后经人工中子辐照，0.07 mg）。样本在真空或纯氮环境中处理，避免地球大气污染。实验采用RELAX质谱仪进行多步加热分析，通过紫外激光（213 nm）钻穿石英管释放被封存气体，红外激光（1080 nm）分步提取氙气，结合氙同位素比值测定。

关键步骤包括：
- **氙同位素测年法**：利用中子辐照将碘（12?I）转化为12?Xe，通过12?Xe/132Xe与12?Xe*/132Xe比值建立等时线，推算I-Xe年龄。
- **封闭管实验**：将辐照样本封装于石英管，监测气体释放过程，排除辐照或加热过程中碘的损失对结果的影响。
- **氙浓度计算**：结合质谱检测的绝对氙量与样本质量，计算单位质量的氙浓度（cm3 STP/g）。

### 2. 主要发现
#### 2.1 氙同位素组成特征
- **重同位素富集**：样本A0105-03和A0105-12的13?Xe/132Xe和13?Xe/132Xe比值均高于Q-Xe（行星氙）和太阳风标准，表明存在非热源氙的加入。
- **I-Xe年龄测定**：通过等时线分析，A0105-12的I-Xe年龄为7.94±0.92 Myr（以4567.3 Myr为CAI形成年龄计算），对应太阳系形成后约7.94 Myr的挥发性元素逸散事件。
- **12?Xe过剩**：所有加热步骤均检测到12?Xe相对于Q-Xe的过剩，表明存在12?I衰变源，且该过程早于Ryugu样本形成时间。

#### 2.2 氙浓度与同位素来源
- **总氙浓度**：A0105-03的132Xe浓度为2.04×10?? cm3 STP/g，A0105-12为2.32×10?? cm3 STP/g，均高于CI型陨石（1.5-3.0×10?? cm3 STP/g），但低于含Xe-P7成分的C0209样本（4.00×10?? cm3 STP/g）。
- **Xe-HL与Xe-P7的贡献**：
- **Xe-HL（纳米金刚石携带氙）**：通过统计模型估算，Ryugu样本中Xe-HL贡献占比约4%，对应纳米金刚石浓度3000-6000 ppm，与已知CI陨石（约4000 ppm）相当。
- **Xe-P7（大气逸出氙）**：仅C0209样本检测到该成分，其浓度达总氙的18.5%，推测源自稀少颗粒相（如0.24颗粒/mg），且易受大气污染影响。

#### 2.3 碘浓度与地球化学意义
- **碘浓度测定**：A0105-12的碘浓度为67±1 ppb，与CI陨石（NI-NGMS法测得0.77±0.31 ppm）量级一致，但需排除陨石样本因长期暴露大气导致的碘富集干扰。
- **I-Xe年龄与热液演化**：测年结果（7.94 Myr）与Mn-Cr系统年龄（3.1-6.8 Myr）存在时间差，可能反映不同矿物相（如磁铁矿与斜长石）的后期热液改造。该年龄被解释为小行星母体水热作用的终止阶段，或碘矿物沉淀的临界时刻。

### 3. 与现有研究的对比与启示
#### 3.1 氙浓度异常的成因
- **纳米金刚石富集**：Ryugu样本中Xe-HL富集可能源于母体形成时捕获更多纳米金刚石，或热液作用导致纳米金刚石释放并重新富集。
- **Xe-P7的稀有性**：C0209样本中Xe-P7的异常浓度（20倍于其他样本）暗示存在特殊载体矿物（如某些含氯矿物），其空间分布不均导致局部氙浓度激增。

#### 3.2 水热作用的时间线
- **I-Xe年龄与Mn-Cr年龄的时空关联**：I-Xe年龄（7.94 Myr）早于Mn-Cr测定的水热事件（3.1-6.8 Myr），可能记录的是水热作用初期阶段（如矿物结晶或碘载体的沉淀），而非整体结束时间。
- **对比CI陨石**：Ryugu样本的12?Xe/132Xe比值（1.08）高于典型CI陨石（0.93-1.25），但略低于Orgueil的1.15，表明母体经历程度不同的挥发分逸散。

#### 3.3 大气污染的系统性影响
- **Ryugu样本的优势**：因未暴露于地球大气，其氙同位素组成（如13?Xe/132Xe=0.32587）更接近原始太阳系组成，与Q-Xe的偏差（Δ=+12%）可能反映母体水热作用导致部分Q-Xe损失。
- **陨石样本的污染问题**：南极CI陨石普遍存在13?Xe/132Xe偏差（+30-80%），表明大气氙（Xe-Atmospheric）污染显著影响传统研究结论。

### 4. 科学意义与未来方向
#### 4.1 对太阳系演化的新认知
- **挥发分逸散的时间节点**：I-Xe年龄（7.94 Myr）与热液事件（Mn-Cr年龄3.1-6.8 Myr）的时序关系表明，Ryugu母体在形成后经历多阶段水热演化，最终在约8 Myr时完成主要挥发分逸散。
- **纳米金刚石的角色**：高浓度Xe-HL（4%）暗示纳米金刚石在母体中持续保存，可能作为惰性载体抵抗热液改造，为早期行星大气成分研究提供关键物质。

#### 4.2 方法学突破
- **封闭管实验的可靠性**：通过监测辐照管中气体释放，证实A0105-12的12?Xe源自样本本身而非封装材料，解决了传统NI-NGMS方法中碘逸散导致的误差。
- **多步骤加热分析**：通过155-174次分步加热，分辨率达10-20℃，优于传统方法（>100℃），能检测微量同位素异常（如12?Xe/132Xe=1.07 vs Q-Xe=1.04）。

#### 4.3 对行星形成模型的挑战
- **母体形成时间的重新评估**：若Ryugu母体形成于1.8-2.9 Myr（基于热液模型），则其I-Xe年龄（7.94 Myr）可能记录的是后期热液改造阶段，而非初始形成时间，需结合其他同位素系统（如Re-Os）交叉验证。
- **行星际氙的输运**：Xe-P7的发现（C0209样本）提示可能存在小规模星际介质捕获或大气循环过程，需进一步研究其空间分布与形成机制。

### 5. 结论
本研究通过高精度氙同位素分析，揭示了Ryugu样本中氙的组成特征与形成历史，主要结论包括：
1. **I-Xe测年法应用**：确定Ryugu母体水热作用结束于约7.94 Myr，与Mn-Cr系统年龄（3.1-6.8 Myr）形成互补，支持太阳系早期（<10 Myr）多阶段热液演化模型。
2. **氙浓度差异**：Ryugu样本总氙浓度（2.0-2.7×10?? cm3 STP/g）比CI陨石高1-2个数量级，其中Xe-P7贡献占比约0.5-1.5%，表明传统陨石样本可能低估了母体原初氙含量。
3. **碘的宇宙化学意义**：67 ppb的碘浓度与CI陨石相当，但需排除陨石样本因长期暴露大气导致的碘富集。Ryugu样本的碘-氙比值（I/Xe=3.3×1011 atoms/cm3）与Q-Xe的3.4×1011 atoms/cm3吻合，支持碘主要储存在水合矿物相中。

未来研究需重点突破：
- **Xe-P7的成因**：需分离C0209样本中的Xe-P7载体矿物（如富氯矿物或特殊纳米结构），明确其与母体形成环境的关系。
- **多系统交叉验证**：结合Re-Os、U-Pb等测年法，厘清Ryugu母体形成与热液演化的时间分辨率。
- **原位环境模拟**：通过实验模拟水热作用对氙同位素组成的分馏效应，建立更精确的模型。

该研究为理解碳质小行星的演化路径提供了关键数据，尤其揭示了母体水热作用后期（约8 Myr）的挥发分逸散事件，对重构太阳系早期大气成分与行星形成动力学具有重要参考价值。