原始球粒陨石中前太阳颗粒的原位研究

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原始球粒陨石中含有许多由红巨星,渐近线巨星以及超新星等恒星晚期的喷出物形成的恒星际尘埃颗粒。这些颗粒经历了太阳系的早期演化过程,然后被保存到陨石母体中,即所谓的“前太阳颗粒”。迄今为止,对原始球粒陨石的研究已经发现多种前太阳颗粒的矿物类型,包括纳米金刚石,碳化硅,石墨,氮化硅,氧化物以及硅酸盐。对这些前太阳颗粒进行同位素和矿物化学组成的综合研究,不仅可以对其恒星源区的核合成过程提供详细的信息,而且可以对恒星大气的物理化学条件以及颗粒在太阳星云和陨石母体中经历的后期蚀变历史进行约束。  本论文对不同类型原始球粒陨石中的前太阳颗粒进行了同位素和矿物化学组成的研究。所分析的样品包括:GRV021710碳质球粒陨石(CR),宁强碳质球粒陨石(C3-未分群),Sutters Mill碳质球粒陨石(CM2)以及三块EH3型顽辉石球粒陨石(清镇,Sahara97159和Sahara97096)。这些陨石形成于太阳星云中不同的氧化还原环境,分别代表了太阳星云的不同区域。开展不同类型陨石中前太阳颗粒的研究,可以揭示前太阳颗粒在原始太阳星云中的空间分布特征,为原始太阳星云的形成与演化提供线索。  CR型碳质球粒陨石GRV021710中含有大量的前太阳颗粒。本次研究利用纳米离子探针原位同位素面扫描技术共发现112颗氧同位素异常颗粒(~189 ppm)和35颗碳同位素异常颗粒(~236 ppm)。随后对35颗碳同位素异常颗粒的俄歇纳米探针分析显示,其中28颗为前太阳SiC颗粒,纳米离子探针多元素同位素分析(C,N,Si)显示其中1颗为新星来源。在全部112颗氧同位素异常颗粒中,89颗来源于中低等质量的红巨星或渐近线巨星;21颗来源于Ⅱ型超新星。GRV021710陨石中的超新星成因氧同位素异常颗粒丰度相对较高,是其它原始球粒陨石的~2倍,暗示了超新星物质在太阳星云中存在不均匀分布现象。35颗氧同位素异常颗粒的俄歇探针分析结果显示大多数(33)颗粒为镁铁质硅酸盐。这些前太阳硅酸盐颗粒的镁指数(mg#)高于其它原始球粒陨石,暗示该陨石所经历的星云或陨石母体后期蚀变程度较弱。两颗前太阳氧化物颗粒均为超新星来源,包括一颗SiO2颗粒(首次发现),以及一颗尖晶石(spinel: MgAl2O4)颗粒。GRV021710陨石的前太阳硅酸盐/氧化物比值较高,与CR3型陨石和行星际间尘埃颗粒(IDPs)具有可比性,同样暗示了该样品的原始性。此外,本研究还对GRV021710陨石进行了前太阳硫化物颗粒的尝试寻找,虽然未发现硫同位素的异常,但给出该陨石中前太阳硫化物颗粒丰度上限为~2 ppm。  宁强碳质球粒陨石也含有较高丰度的前太阳氧同位素异常颗粒(~143ppm),但碳同位素异常颗粒的丰度极低(~1 ppm);相反,Sutters Mill陨石(CM2)相对于典型的CM2型原始球粒陨石(如Murchison,Murray等)具有较高的前太阳SiC颗粒丰度,但其氧同位素异常颗粒则较低。综合考虑两块样品的热蚀变和水蚀变历史发现,宁强陨石中的碳同位素异常颗粒由于其陨石母体经历的较强的热蚀变而遭受破坏;而Sutters Mill陨石与Murchison等CM2型陨石相比,经历了较强的水蚀变作用,导致了氧同位素异常颗粒的破坏。宁强陨石和SuttersMill陨石中不同基质区域的前太阳颗粒丰度相差较大。宁强陨石中富集前太阳颗粒的基质区域中颗粒丰度高达256 ppm,而贫前太阳颗粒的基质区域丰度仅为6ppm; Sutters Mill陨石中不同基质区域前太阳SiC颗粒的丰度范围为12-182ppm。这些现象可能由陨石中不同基质角砾经历了不同程度的后期蚀变所致。  此外,本论文还对顽辉石球粒陨石中的前太阳颗粒进行了初步研究。研究表明,Sahara97159陨石含有较高丰度的前太阳氧同位素异常颗粒(~98 ppm)和碳同位素异常颗粒(~51 ppm),是目前发现的前太阳颗粒丰度最高的顽辉石球粒陨石,很有必要进行进一步的深入研究。
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