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在行星核心形成机制存在争议的背景下，研究人员开展 “渗流硫化物核心在氧化行星体中的形成” 主题研究。通过陨石和合成地球化学类似物的部分熔融实验，发现氧化行星体可通过渗流迁移形成硫化物主导的核心，为行星核心形成研究提供新视角。
在浩瀚宇宙中，行星核心的形成一直是科学界的热门谜题。传统的行星核心形成模型认为，铁（Fe）、镍（Ni）金属熔体从硅酸盐地幔中分离出来，需要广泛的硅酸盐熔化。然而，对于那些距离中心恒星较远的行星体而言，情况却有所不同。在这些行星体中，中等挥发性元素更为丰富，高浓度的氧（O）和硫（S）使得铁、镍硫化物比金属更稳定。但此前，人们并不清楚在这种情况下，硫化物熔体是否能够在行星体分化早期发生迁移并形成核心，也缺乏确凿的地球化学证据来支持这一假设。因此，开展相关研究以揭开这层面纱，对于深入理解行星演化过程至关重要。
美国国家航空航天局约翰逊航天中心（NASA Johnson Space Center）等机构的研究人员，针对这一问题展开了深入研究。他们通过一系列实验，得出了氧化行星体在硅酸盐熔化之前，可通过渗流迁移形成硫化物主导的核心这一重要结论。这一发现不仅为行星核心形成的研究提供了新的思路，也对理解火星等氧化行星体的内部结构具有重要意义。该研究成果发表在《Nature Communications》上。
研究人员在实验过程中运用了多种关键技术方法。在样品观测方面，利用微米级 X 射线计算机断层扫描（μXCT）对陨石样品加热前后进行扫描，观察硫化物液体的迁移情况；还通过高分辨率 μXCT 对特定实验子体积进行扫描。在成分分析上，采用电子探针微分析（EPMA）测量硫化物和熔体的主要元素成分，借助激光剥蚀电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）测定原位微量元素浓度。
硫化物熔体渗流实验
研究人员选取 R6 型球粒陨石拉巴斯冰原（La Paz Icefield，LAP）04840 进行实验，在 900 - 1020°C 的温度区间内对其进行部分熔融实验。通过全岩断层扫描发现，与未加热样品相比，1020°C 实验时多个硫化物 - 氧化物复合物（SOCs）融合形成了毫米级的熔体网络，而部分原有网络则因熔体迁移被切断。高分辨率断层扫描进一步显示，亚微米级的熔体脉在未熔化的硅酸盐颗粒间形成，使得硫化物熔体能够发生渗流迁移。二维矿物学和岩相分析也证实了淬火硫化物熔体的均匀性以及熔体脉的存在。此外，测量得到硫化物熔体的中位二面角为 52°，符合静态渗流理论中熔体能够渗流迁移的条件。
贵金属微量元素分配实验
研究人员对合成的 Rumuruti 型球粒陨石（RC）硫化物混合物进行部分熔融实验，包括镍黄铁矿 - 磁黄铁矿（Pn - Tr）和单硫化物固溶体（MSS，8 wt% Ni），实验温度设定为 900、1020、1060 和 1100°C。实验过程中，FeNiS 液体与共存的富镍 MSS 发生反应，EPMA 测量结果表明，多数实验中 MSS 的主要元素化学达到平衡。不同温度下，随着熔体分数增加，MSS 与液体之间的镍分配系数（DNiMSS?L）增大。通过测量 MSS 与淬火液体 FeNiS 之间的微量元素分配系数发现，锇（Os）和钌（Ru）与 MSS 具有一定的相容性，铱（Ir）的相容性则较弱，铂（Pt）和钯（Pd）不相容性较强。
讨论
在氧化小行星母体中，硫化物熔体渗流迁移是可行的。其渗流的主要原因可能是 FeNiS 液体与固体硅酸盐混合物之间的内外部力平衡。虽然实验中硫化物液体可能未完全达到内聚力 - 附着力平衡，但相互连接的熔体网络的形成表明，在硫化物重熔过程中，渗流迁移是有利的。通过对比实验中贵金属的元素间比例与氧化原始无球粒陨石（如斜方辉石岩陨石）中的比例，发现二者具有相似性。研究人员认为，氧化斜方辉石岩陨石母体的分化过程包含三个阶段：早期 FeNiS 液体的渗流迁移使残留的富镍 MSS 贫化不相容贵金属；温度达到硅酸盐固相线（~1050°C）时，残留的富镍 MSS 和硅酸盐开始熔融；随着硅酸盐熔融形成相互连接的熔体网络，硅酸盐熔体上升形成以斜长石为主的地壳，使斜方辉石岩陨石残留体和地壳熔体中的贵金属比例相似。
此外，研究人员推测火星的核心可能也是由硫化物主导形成的。从火星陨石的氧逸度测量和表面玄武岩的原位分析来看，火星地幔的氧化还原状态与许多 R 型球粒陨石相似，且火星核心的高硫含量也支持了这一观点。同时，火星地幔中贵金属的含量特征也能够通过硫化物部分熔融实验得到解释。从 Hf - W 同位素年龄的角度考虑，如果火星地幔在分化过程中的氧逸度接近铁 - 方铁矿（IW），那么渗流形成硫化物主导的核心将使得钨（W）与硅酸盐组合的分馏最小化，从而更好地解释火星陨石中的同位素异常现象。
综上所述，该研究首次提供了基于陨石的证据，证明在早期太阳系中存在渗流硫化物熔体迁移现象。这一发现为理解行星核心形成过程，尤其是氧化行星体的核心形成提供了关键线索。同时，对于火星等行星的研究具有重要意义，为进一步探究行星内部结构和演化过程奠定了基础。未来，还需要更多的实验和研究来深入了解氧化 FeNiS 核心的结晶序列等问题，以完善对行星形成和演化的认知。
