那些太陽系最古老的物質，都去了哪兒？

來源：中科院之聲

球粒隕石，太陽系早期的固態物質吸積而成的“沉積岩”，因含有大量的球形硅酸鹽小球（即球粒）而得名。大部分球粒隕石都被吸積進入行星，被核幔分異和岩漿作用改造，最終形成太陽系的八大行星和無數個分異的小行星。

少部分球粒隕石得以倖免，散落於火星與木星之間的小行星帶。部分軌道不穩定的球粒隕石碎塊最終飛向地球，降落後被目擊者撿到收集，或者多年後被科考隊或某位幸運者收集。

球粒隕石是人類研究太陽系早期演化和生命起源的寶貴鑰匙，對探索太陽系如何從氣態分子云形態演變成如今的格局具有重大的意義。

岩石學上，球粒隕石由難熔包體、鐵鎂質球粒、鐵鎳金屬、硫化物和細粒基質（圖1）等幾個部分組成。其中難熔包體是太陽系伊始高溫氣體冷卻過程中氣-固凝聚的礦物集合體，或者是凝聚集合體再次熔融結晶的產物。

圖1 CR碳質球粒隕石元素分佈組合圖（鈣-綠色；鎂-紅色；鋁-藍色）（Krot， 2013）

難熔包體是太陽系最古老的物質（4567 Ma，百萬年），被認爲形成於原始太陽附近（<0.1 AU， AU即天文單位，約等於地球到太陽的距離），具有與太陽類似的氧同位素組成（Δ17O=-23‰到-28‰；圖2）。

而鐵鎂質球粒是鬆散的礦物集合體（硅酸鹽、金屬、硫化物、氧化物、碳和上一世代的球粒碎塊等）經歷瞬間升溫和快速冷卻形成，時間較難熔包體晚2-5 Ma，形成區域距離原始太陽1-10 AU （圖3），氧同位素組成顯著虧損16O（Δ17O=-10‰到0‰；圖2）。

難熔包體和鐵鎂質球粒的形成事件看似相互獨立，但是存在着某種不明的聯繫。富鋁球粒（Al2O3>10 wt%）是球粒隕石的罕見組分，其礦物組合和岩石結構類似於鐵鎂質球粒，但是其礦物成分富集Al2O3，偶爾出現難熔包體來源的殘餘礦物和難熔包體特有的稀土元素（REE）配分模式。

因此，富鋁球粒是連接兩者的橋樑，是探索它們成因聯繫的突破點。

日前，中國科學院地質與地球物理研究所張明明博士及合作導師林楊挺研究員對CV碳質球粒隕石中的13塊富鋁球粒開展了岩石學、礦物化學、全巖主微量元素以及原位氧同位素研究，證實了富鋁球粒的初始物質是難熔包體和鐵鎂質球粒初始物質的混合。

圖4 CV碳質球粒隕石中富鋁球粒的稀土元素配分圖（A）及其礦物的氧同位素組成分佈圖（B）

更重要是，科研人員研究發現了四種難熔包體特有的REE配分模式（I型、II型和類II型、III型）（圖4A）和三種難熔包體來源的殘餘礦物（橄欖石、尖晶石和透輝石），顯著豐富了混入富鋁球粒初始物質中的難熔包體種類的多樣性。此外，富鋁球粒結晶礦物的氧同位素組成與鐵鎂質球粒相同（Δ17O~-5‰，圖4B），指示兩者在相同區域熔融。

該發現表明，各類型難熔包體在靠近原始太陽的位置形成之後，在磁盤風等的作用下被搬運到鐵鎂質球粒的形成區（圖3），並與其初始物質隨機混合，然後加熱熔融形成富鋁球粒。由於難熔包體和鐵鎂質球粒的形成時間相差2-5 Ma，因此難熔包體在形成之後即被保存在動盪的原始行星盤中。

本研究的結論支持各類型的難熔包體被集中保存在某一區域，然後一起加入到球粒隕石形成區，而不是“流水線”式的連續加入。

成果發表於期刊 Geochimica et Cosmochimica Acta（Zhang M， Lin Y*， Tang G， et al。 Origin of Al-rich chondrules in CV chondrites： Incorporation of diverse refractorycomponents into the ferromagnesian chondrule-forming region[J]。 Geochimica etCosmochimica Acta。 DOI： 10.1016/j.gca.2019.12.011）。