L和LL普通球粒陨石中磷酸盐矿物形成的岩石学新见解：丰度、粒度与成分的定量研究

本研究针对L和LL普通球粒陨石(OCs)中磷酸盐矿物(磷灰石和镁磷钙石)的形成机制这一未解问题，通过定量分析15个陨石样本(总面积2730 mm2)的矿物丰度、粒度分布及化学成分，揭示了磷酸盐在两类陨石中的差异演化历史。研究发现磷酸盐丰度与Fe,Ni金属含量呈负相关，镁磷钙石随变质程度增加而粗粒化，而磷灰石在LL群陨石中表现出与变质类型相关的Cl含量均衡化现象。该成果为理解太阳系早期热变质与流体活动提供了关键岩石学证据。

　　

在太阳系演化的拼图中，普通球粒陨石(Ordinary Chondrites, OCs)作为最丰富的陨石类型，记录着行星母体早期经历的复杂地质过程。其中，磷酸盐矿物——尤其是磷灰石(apatite, Ca₅(PO₄)₃X)和镁磷钙石(merrillite, Ca₁₈Na₂Mg₂(PO₄)₁₄)，因其对挥发分和热历史的敏感性，成为解码这些过程的"时间胶囊"。然而长期以来，关于这些矿物在L(低铁)和LL(低铁低金属)群OCs中的形成机制存在争议：它们是源自星云冷凝的原生相，还是母体热变质或流体作用的产物？更关键的是，两类陨石中的磷酸盐是否遵循相同的演化路径？这些问题的解答，对理解太阳系早期热力学环境和挥发分分布规律具有重要意义。

为解开这些谜团，由Valentine Megevand领衔的国际团队在《Geochemistry》发表了突破性研究。研究人员采用多尺度分析策略：首先通过电子探针(EPMA)测定硅酸盐成分重新厘定19个陨石切片的变质类型(3-6型)；随后利用扫描电镜(SEM)结合EDS面扫描对2730 mm²区域进行磷酸盐定量统计，创新性地采用像素计数法计算矿物丰度与粒度；最后通过晶体尺寸分布(CSD)分析和热力学建模，揭示矿物形成动力学过程。样本来自美国陨石实验室(AML)和夏威夷大学(UH)收藏的15个L/LL群陨石，包括Bjurb?le、Tennasilm等典型样本。

3.1 变质类型的重新厘定

通过低钙辉石的Fs值标准偏差(σ-Fs)分析，团队发现文献记载的陨石分类存在偏差：Atarra等4个L群陨石实际变质程度高于既往认知，而Hamlet的LL3.5-3.9型属性确认其属于非平衡型陨石(UOC)。这种精确分类为后续热历史解读奠定基础。

3.2 岩石学特征

3.2.1 丰度与粒度分布

研究首次量化了磷酸盐丰度与Fe,Ni金属的负相关性：L群磷酸盐平均丰度(0.36 vol%)高于LL群(0.27 vol%)，且两者均随变质程度增加而升高。关键发现是镁磷钙石在LL群中呈现清晰的"丰度-变质类型"正相关，其粒度粗化现象符合奥斯特瓦尔德熟化规律，而磷灰石则无此趋势。CSD分析揭示LL群中两类磷酸盐的粒度分布重叠，暗示成因关联；而L群中两者分布迥异，指示独立形成路径。

3.2.2 结构特征

LL群普遍存在的磷灰石-镁磷钙石共生体（如Jelica中的镁磷钙石核+磷灰石环边结构）支持"流体驱动交代"形成模型。相反，L群仅Modoc样本发现零星共生，且磷灰石多呈独立的自形晶，暗示其可能直接沉淀自流体。

3.3 化学成分

突破性发现在于卤素分配规律：尽管两类陨石的磷灰石Cl含量高度相似(5.3-5.4 wt%)，但LL群中Cl浓度离散度随变质程度降低，反映热均衡化效应。特别值得注意的是Dhurmsala陨石中发现的F富集磷灰石(2.94 wt% F)，其脆性变形特征表明冲击作用导致固态脱气而非重结晶，这为理解极端条件下的挥发分行为提供了新证据。

这项研究构建了OCs磷酸盐演化的全新范式：在LL群陨石中，磷酸盐主要通过金属氧化形成镁磷钙石，后续经流体改造为磷灰石；而L群则存在双通道形成机制——既可通过镁磷钙石转化，也能直接从富Cl流体中结晶。该发现不仅解释了长期存在的成分差异之谜，更重要的是，通过磷酸盐这扇"窗口"，揭示了不同氧化状态的小行星母体在热力学环境与流体活动上的本质区别。研究建立的定量分析方法为后续行星物质研究提供了可复制的技术框架，而关于冲击作用诱发卤素重分配的发现，则为理解地外物质中挥发分的保存机制开辟了新思路。论文中揭示的"矿物对"成因关联性规律，甚至对地球岩石学中的流体-矿物相互作用研究也具有重要借鉴价值。