Rumuruti型球粒陨石中难熔包体的氧同位素变异：揭示星云气体异质性与母体交换的新证据

研究人员针对弱变质球粒陨石中难熔包体（CAIs和AOAs）氧同位素异质性起源的争议问题，通过分析R型球粒陨石中12个CAIs和2个AOAs的矿物学、岩石学及Δ17O组成，发现其氧同位素组成（Δ17O ?25‰至+5‰）的异质性源于星云气体成分差异与母体含水流体交换的双重作用，为早期太阳系物质演化提供了关键约束。

　　

在探索太阳系早期演化的过程中，球粒陨石中的难熔包体（CAIs和AOAs）如同时间胶囊，保存了原始星云环境的化学指纹。然而，一个长期困扰科学界的谜题是：为何弱变质球粒陨石（变质等级>3.0）中的这些包体会表现出显著的氧同位素异质性？是星云气体本身的不均一性所致，还是后期母体天体改造的结果？这一问题直接关系到我们对太阳系物质分布和演化机制的理解。

来自德国明斯特大学行星研究所的Samuel Ebert团队联合美国夏威夷大学的研究人员，通过对Rumuruti型（R型）球粒陨石中14个难熔包体（12个CAIs和2个AOAs）的系统分析，揭示了氧同位素变异的双重成因。这项发表在《Geochimica et Cosmochimica Acta》的研究，首次在R型球粒陨石中同时捕捉到星云气体异质性与母体流体交换的化学证据。

研究采用三项关键技术：1）扫描电镜（SEM）结合电子探针定量分析矿物成分；2）UH Cameca IMS-1280离子微探针测定氧同位素（δ¹⁷O、δ¹⁸O及Δ¹⁷O）；3）通过NWA 753陨石低变质区域（3.15-3.2型）与高变质区域的对比实验，区分原生与次生同位素特征。样本来自德国明斯特大学收藏的NWA 753、NWA 1471和Dhofar 1123陨石切片。

矿物学与蚀变特征
所有包体均经历显著蚀变：黄长石完全被次生矿物替代，钙钛矿主要转化为钛铁矿，尖晶石和橄榄石富集FeO。例如CAI-6中的石榴石（grossular）覆盖辉石边缘，指示后期流体作用。值得注意的是，低变质区域（如CAI-5和CAI-6）保留更多原始矿物特征。

氧同位素空间分布
研究发现Δ¹⁷O呈现?25‰至+5‰的连续变化：

• 抗交换矿物（尖晶石、hibonite）保留太阳风相近值（Δ¹⁷O ～?24±2‰）
• 易交换矿物（Al,Ti-透辉石、橄榄石）显示向+5‰偏移
• 特殊样本Hib-3呈现均一但贫¹⁶O组成（Δ¹⁷O～?14‰）

星云异质性的直接证据
在低变质区域CAIs中，hibonite和尖晶石的Δ¹⁷O值波动（?25‰至?14‰）无法用母体蚀变解释，表明CAI形成区域的星云气体本身存在氧同位素梯度。这一发现支持紫外线CO自屏蔽效应导致的气相分馏模型。

母体流体交换的确证
最贫¹⁶O的Al,Ti-透辉石（Δ¹⁷O～+5‰）与次生石榴石同位素组成匹配，且与普通球粒陨石中含水橄榄石的Δ¹⁷O一致，证实后期流体改造的存在。值得注意的是，尖晶石在部分包体（如Hib-2）中也发生同位素交换，暗示R型母体的流体活动强度超过CV/CK球粒陨石。

这项研究通过"矿物抗性梯度"分析策略，首次在单一陨石群中解耦了星云原生异质性与母体改造的叠加效应。其核心结论在于：R型球粒陨石CAIs的氧同位素记录实际上包含双重信号——早期太阳星云中¹⁶O富集气体的空间不均一性（Δ¹⁷O波动达11‰），以及后期母体含水流体（Δ¹⁷O～+5‰）的改造印记。这一发现不仅为解释其他类型球粒陨石的氧同位素变异提供了范式，更重要的是，它揭示了太阳系最早形成的固态物质（CAIs）在从星云到母体的迁移过程中经历的复杂化学演化路径。

研究还提出了一个引人深思的推论：Hib-3中均一但中等贫¹⁶O的组成（Δ¹⁷O～?14‰），可能代表CAIs在FU Orionis型太阳爆发活动期间穿越不同同位素分区形成的"快照"。这为理解原始星云动力学与早期太阳活动的关系开辟了新的研究方向。