OSIRIS-REx样本中钠钙碳酸盐的发现：揭示小行星Bennu母体低温含钠卤水活动的关键证据

NASA OSIRIS-REx任务首次在小行星Bennu返回样本中发现罕见钠钙碳酸盐矿物（Na2Ca(CO3)2·nH2O），通过TEM（透射电子显微镜）揭示其形成需低温（<55°C）高钠（>140 g/kg Na2CO3）卤水环境，证实母体曾存在蒸发盐沉积过程。该研究为地外水体化学演化提供新视角，并警示行星样本需氮气保存以防地球环境降解。

　　

在太阳系演化的拼图中，碳质小行星如同时间胶囊，保存着原始星云化学组成的线索。然而，这些天体经历的水岩相互作用过程始终成谜——尤其是低温流体活动的具体证据长期缺失。传统陨石研究受限于地球风化与样本处理损伤，难以捕捉挥发性矿物。NASA的OSIRIS-REx任务从近地小行星Bennu带回的原始物质，为破解这一难题提供了前所未有的机会。

由德国歌德大学Schwiete宇宙化学实验室领衔的国际团队，在《Geochimica et Cosmochimica Acta》发表突破性研究。研究人员采用非聚焦离子束（非FIB）的温和制样法，通过高分辨透射电子显微镜（TEM）结合选区电子衍射（SAED）和X射线能谱（EDS），对样本ORE-800045–102中的28个微粒展开纳米级分析。关键实验包括：200 kV场发射TEM成像、58 mrad高角环形暗场（HAADF）扫描、四探头超X能谱系统定量，并设置四阶段（2023年12月至2024年12月）大气暴露对照实验。

3.1 结构与成分特征
发现4颗140 nm-2.36 μm的钠钙碳酸盐颗粒，其波状透镜结构（图1a,d）与地球蒸发盐矿物钙水碱（gaylussite）或钙碳钠石（pirssonite）的晶体学数据匹配。SAED显示其结晶性差（图1c,f），且电子束敏感度极高——常规STEM聚焦扫描即可导致非晶化（图1a, 2b）。EDS定量揭示Na:Ca≈2:1的化学计量比，排除短碳钠钙石（shortite），限定形成温度必须<55°C（图4）。

3.2 地球大气反应动力学
六个月标准干燥器储存后，颗粒出现显著蚀变：NaCl晶体在表面增生（图3b,e），整体成分呈现C/F/Cl/Ca富集与O/Na亏损（如11号颗粒Na减少4.8 at.%）。值得注意的是，伴随的层状硅酸盐却保持稳定，证明钠钙碳酸盐对地球环境异常敏感。

4.1 母体流体环境约束
热力学模拟（图4）表明，这些矿物需>14 wt% Na₂CO₃的卤水环境，远超普通球粒陨石中钠丰度（<10 wt%）。研究者提出两种富集机制：（1）方解石/白云石沉淀后的钠回流反应；（2）冰层下卤水蒸发浓缩。EPMA数据支持前者——Bennu样本中方解石（平均0.04 wt% Na）与白云石（0.09 wt% Na）的极低钠含量，暗示钠已参与后期碳酸盐化。

4.2 行星科学启示
该发现首次证实地外系统存在类似美国瑟尔斯湖的封闭盆地蒸发盐序列。其易降解特性解释了为何此类矿物从未在陨石中发现：钙水碱在60-90°C即脱水分解，而常规陨石储存方式无法避免水合反应。研究强调未来行星样本需氮气环境保存，并为小行星采样任务（如隼鸟2号）的数据比对提供关键标尺。

这项研究重新定义了碳质小行星的化学演化模型：Bennu母体不仅经历低温水蚀变，更存在复杂的卤水分异与沉积后反应。钠钙碳酸盐作为"地质温度计"，为太阳系早期挥发性元素循环机制提供了定量约束，也为地外生命宜居性评估增添了新维度。