异常CR2球粒陨石西北非14674的吸积过程:揭示CR母体复杂演化史的新证据

【字体: 时间:2025年06月03日 来源:Geochimica et Cosmochimica Acta 4.5

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  本研究聚焦异常碳质球粒陨石(CC)NWA 14674的独特性质,通过多尺度分析技术揭示其与典型CR2陨石Al Rais的相似氧同位素组成(δ17O=5.41, δ18O=10.78)及暗色包体(DI)特征。研究发现其基质中定向排列的草莓状磁铁矿集合体及纳米级GEMS残留物,证实了碱性流体(NH3+H2O)参与的远端吸积过程,为理解原始星盘物质迁移和母体分层结构(核-表土)演化提供关键证据。

  

在探索太阳系早期演化的拼图中,碳质球粒陨石犹如封存了46亿年前原始星盘信息的"时间胶囊"。近年来,随着隼鸟2号对小行星龙宫、OSIRIS-REx对贝努的采样返回,科学家们惊讶地发现这些近地天体竟与CI型陨石高度相似。然而,在已知的8大类碳质球粒陨石中,CR群始终是个独特的存在——它们形成于CAI(钙铝包裹体)后4.1-4.6百万年,携带两代球粒,且展现出从原始到完全水化的连续变质序列。更引人深思的是,像Al Rais这样的异常CR陨石(CR2-an)与典型成员间存在显著差异,暗示着母体吸积历史的复杂性。

为解开这个谜团,由法国国家自然历史博物馆R.H. Hewins领衔的国际团队对西北非14674(NWA 14674)展开深入研究。这块CR2.3型异常陨石展现出三大奇特性质:与Al Rais近乎一致的氧同位素指纹(Δ17O=?0.20)、异常丰富的暗色包体、以及基质中保存的纳米级GEMS(玻璃镶嵌金属硫化物)残留。相关成果发表于《Geochimica et Cosmochimica Acta》,为重构CR母体演化史提供了关键证据链。

研究采用场发射环境扫描电镜(FEG-ESEM)进行背散射电子成像,结合60mm2活性面积的能谱仪(EDXS)分析元素分布;通过红外显微光谱技术解析矿物组成;并利用聚焦离子束(FIB)制备纳米薄片以观察GEMS残留物的空间分布。

矿物学特征揭示双重改造历史
NWA 14674的球粒边缘细粒边(FGR)中发现了未完全蚀变的GEMS多孔结构,其内部纳米硫化物与原始非晶硅酸盐共存。这种"时间冻结"状态表明该区域仅经历中度水化,而基质中粗粒蛇纹石则反映更强流体活动。特别值得注意的是,镁橄榄石在蚀变中保持新鲜,而铁橄榄石、辉石和金属则部分蚀变,这种选择性改造暗示流体化学性质的时空变化。

暗色包体的"鹅卵石"本质
区别于传统认知的碎屑成因,高分辨率成像显示DI内部存在球粒碎片和磁铁矿富集/贫瘠的同心层理。这种类似火山 accretionary lapilli( accretionary pellets)的结构,结合其与基质迥异的组构特征,确证它们是原始星盘中形成的"鹅卵石"状吸积体,而非后期机械破碎产物。

磁铁矿的星盘化学密码
基质中定向排列的草莓状磁铁矿(framboidal magnetite)最具颠覆性发现。这些包裹球粒的磁铁矿集合体呈现明显择优取向,暗示陨石经历过轻微压实。其丰度特征与NH3-H2O混合冰参与的碱性蚀变模型完美吻合,强烈支持该物质形成于太阳系外围的低温环境,后经径向迁移到达现位。

通过与Bells(类表土相)和NWA 801(含高压碎屑)的对比,研究团队重构出震撼的演化图景:一个形成于寡头增长阶段的原行星先被摧毁,其碎片与新生球粒、DI鹅卵石和星尘在迁移过程中重新吸积,最终构建出具有核-幔-表土分层结构的CR母体。这一发现不仅解释了CR群内部的高度异质性,更首次为原始星盘物质迁移的"跳跃式吸积"模型提供了矿物学证据。

该研究的突破性在于:首次在CR陨石中发现GEMS残留物,将原始星尘保存记录扩展至CR群;确立DI的原始吸积体属性,挑战了传统碎屑成因认知;通过磁铁矿组构分析,为太阳系外缘物质向内迁移的动力学过程提供了首个矿物学约束。这些发现对理解小行星采样返回任务(如龙宫、贝努)中观察到的物质混合现象具有重要启示,也为构建太阳系早期"从星尘到星子"的完整演化链补上了关键一环。

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