EH3陨石球粒中锂氧同位素揭示太阳星云硅富集气库的形成机制

本研究通过原位离子探针分析Sahara 97103 EH3陨石中六组球粒相关物体的锂氧同位素组成，揭示了硅富集气库在顽火辉石球粒形成中的作用。研究发现顽火辉石(O-isotope)沿原始球粒矿物线分布，橄榄石则为再循环颗粒，并通过Mg2SiO4+SiO2→Mg2Si2O6反应证实硅饱和机制。该研究为理解太阳星云化学分异及地球物质来源提供了关键同位素证据。

　　

在太阳系早期演化过程中，顽火辉石球粒陨石(EH3)因其高度还原特性和与地球同位素组成的相似性，被认为是类地行星的重要建筑块。然而，其形成环境中硅富集气库的化学性质及同位素特征长期存在争议。传统观点认为顽火辉石通过硫化反应形成，但近年研究提示硅饱和机制可能起关键作用。

为解决这一争议，国外研究团队对Sahara 97103 EH3陨石中的六组球粒相关物体展开系统研究。通过整合矿物学、微量元素和同位素分析，首次揭示了硅富集气库的同位素特征及其对球粒改造过程的影响。相关成果发表于《Geochimica et Cosmochimica Acta》。

研究采用JEOL JXA-8530F电子探针分析主量元素，Cameca ims-1280二次离子质谱(SIMS)测定微量元素和O-Li同位素，结合微区拉曼光谱鉴定二氧化硅多晶型。样本选自配对陨石Sahara 97096/97103的薄片，包含无橄榄石(I6p、D6a)和含橄榄石(D3g等)两类球粒。

3.1 岩相学特征
BSE成像显示球粒具有典型火成结构：I6p球粒含220μm顽火辉石(En_98.7)包裹10μm橄榄石；D6a-1球粒含富硅玻璃(An_1.9Ab_93.1)与方石英共生；D3g球粒核部橄榄石(Fo_99.6±0.2)被边缘顽火辉石包围。这些结构支持橄榄石早于顽火辉石结晶，部分可能为残留颗粒。

3.2 微量元素特征
球粒分为两组：S组(如I6p)玻璃显示Eu-Yb负异常，反映与还原气库相互作用；F组(如J5l)平坦REE模式指示封闭体系演化。方石英的δ¹⁸O(5.5-10.8‰)显著高于共生的顽火辉石，排除其为硅酸盐还原产物的可能。

3.3 氧同位素组成
顽火辉石Δ¹⁷O平均0.1±0.27‰，沿PCM线分布；橄榄石Δ¹⁷O(-0.4至0.6‰)显示更大分馏。J5l球粒中顽火辉石Δ¹⁷O达1.2‰，接近Weisberg等提出的第二趋势线(Δ¹⁷O=0.9‰)，暗示存在Δ¹⁷O升高的硅富集气库。

3.4 锂同位素特征
顽火辉石δ⁷Li(-3.0至2.5‰)低于全岩EH3值(2.9‰)，而玻璃δ⁷Li可达18.2‰。质量平衡计算得出硅富集气库δ⁷Li=1‰，显著不同于碳质球粒陨石区(-11‰)，证实太阳星云锂同位素的空间异质性。

4.1 方石英成因
显微结构显示方石英与金属硫化物无空间关联，且氧同位素组成不支持其为硅酸盐还原产物。热力学计算表明380-1800℃结晶温度范围，部分可能经历小行星后期热变质。

4.2 橄榄石属性
J5l和C5b球粒中橄榄石Δ¹⁷O变异度(0.78‰)大于共生顽火辉石(0.47‰)，结合包裹结构确认为残留颗粒。K4-1球粒中橄榄石与顽火辉石同位素组成一致，可能通过SiO₂气库改造形成。

4.3 硫化与硅化机制
含橄榄石球粒中缺乏大量硫铁矿，支持顽火辉石通过Mg₂SiO₄+SiO₂反应形成。硅富集气库Δ¹⁷O≥0.9‰的特征，可能继承自前驱体物质的氧同位素异常。

该研究通过多尺度分析揭示了顽火辉石球粒形成过程中硅富集气库的关键作用：1) 证实硅饱和机制主导顽火辉石形成；2) 发现太阳星云不同区域锂氧同位素组成存在显著空间分异；3) 为地球物质来源的同位素模型提供了新的约束条件。特别是δ⁷Li=1‰的硅富集气库特征，支持顽火辉石球粒区与碳质球粒区不同的挥发性元素演化历史，这对理解类地行星物质输送机制具有重要启示。