Nature Communications刊登地球科学与工程学院在天体化学方向的重要进展

美高梅国际开户,地科院张爱铖教授在研究一块来自小行星带外缘天体的球粒陨石样品时,观察到了大量磷灰石颗粒。他们通过详细的矿物学和微量元素地球化学研究,揭示了DaG
978中的磷灰石是流体蚀变成因的,不同于常见的热变质成因磷灰石。通过与中科院地质与地球物理研究所的年代学专家合作,张爱铖教授使用先进的离子探针测试了这些磷灰石的U-Pb同位素体系,从而获得了磷灰石的绝对年龄为4450
Ma。这是太阳系早期流体活动的第一个有效绝对年龄。不同于前人相对年龄的结果,这个绝对年龄说明太阳系形成早期的流体活动可延续120
Myr左右,而不是只持续25 Myr左右。

2015年,国外行星科学家基于年代学统计结果,通过理论模拟研究提出地月系统形成时抛出的大量碎块,这些碎块撞击了内太阳系天体和主小行星带内缘天体。根据磷灰石年龄与前人年代学统计峰值非常好的吻合程度,这篇论文提出DaG
978磷灰石记录的这次流体活动很可能与地月系统形成时产生的大量抛射物撞击小行星有关。部分抛射物撞击了DaG
978母天体导致地表或次地表水冰融化,从而产生流体活动和蚀变事件的发生。该解释说明了形成地月系统的大撞击事件不仅影响了内太阳系和小行星带内缘的天体,也影响了小行星带外缘甚至外太阳系的天体。这对构建太阳系天体的动力学演化模型有重要指示意义。

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图3. DaG 978陨石中磷灰石的定年结果

图1. DaG 978陨石中独特产状的磷灰石颗粒

流体蚀变是太阳系形成早期最普遍的过程之一。了解流体活动何时发生对揭示含水流体的来源与时空演化至关重要,并很大程度影响科学家对太阳系早期前生命有机物演化的认知。在过去四十多年内,科学家对太阳系早期流体蚀变时间开展了大量研究,但绝大多数依赖于短寿期放射性同位素定年体系(129I-129Xe,53Mn-53Cr和26Al-26Mg)获得的相对年龄。这些研究认为流体蚀变发生于太阳系形成之后的1−25
Myr时间段内,主要是由于短寿期放射性核素衰变导致水冰融化发生蚀变事件。有少数学者曾基于一些假设去尝试获得流体蚀变事件的绝对年龄,但后来发现这些假设存在很大的问题。

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南京大学地球科学与工程学院张爱铖教授和王汝成教授课题组在天体化学方向取得重要进展,相关研究成果“Young
asteroidal fluid activity revealed by absolute age from apatite in
carbonaceous chondrite”于9月29日在线发表在自然子刊Nature Communications
(2016 September 7:12844)上。张爱铖教授为第一作者和通讯作者。

本工作是与中科院地质与地球物理研究所及日本北海道大学合作的研究成果。该项目得到了国家自然科学基金项目和中央高校基本业务费的经费支持。

(地球科学与工程学院 科学技术处)

图2. DaG
978中磷灰石显示了Eu的正异常,说明不存在与其他矿物的热平衡,揭示了流体交代成因