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【地球化学百科】球粒状陨石(Chondrites)及氦同位素丰度分布特征

已有 2285 次阅读 2024-2-4 19:40 |个人分类:地球科学|系统分类:科普集锦

球粒状陨石Chondrites是一种富含球粒的陨石类型,它们被认为是太阳系中最原始、未经过显著熔融和分异作用的岩石样本。球粒陨石是一种最为原始、未经重大熔融和分异作用的陨石类型,它们含有丰富的球粒以及各种未完全熔化的矿物质、金属片和有机化合物等成分。这些陨石主要由硅酸盐矿物组成,并包含有小的固体颗粒,称为球粒(Chondrules),这些球粒是在早期太阳星云中通过快速冷却凝固的小液滴形成。

此外,球粒状陨石还含有各种金属颗粒(主要是铁镍合金)、无定形硅酸盐、以及稀有气体和其他挥发性元素等成分。由于球粒陨石保留了太阳系形成初期的原始物质组成信息,因此对于探讨太阳系的起源和物质循环具有极其重要的科学价值。球粒状陨石对于理解太阳系特别是地球的早期形成历史至关重要。研究球粒陨石有助于科学家了解太阳系早期的物理化学条件、星尘与行星物质的形成过程,以及地球和其他行星的起源与演化历史。它们所含有的化学元素和同位素比值能够为研究地球和其他行星的初始物质构成提供线索。例如,在讨论氦及其他气体元素地球化学时提到的“球粒状陨石氦丰度模式”,即指代了球粒状陨石内所保存的太阳系形成初期的氦同位素比例特征,用以对比和解释地球内部及地表样品中的氦同位素分布差异。

   球粒状陨石氦元素丰度分布特征。在地球化学领域中,指的是球粒状陨石内部氦-3(3He)和氦-4(4He)两种同位素的相对含量以及总量。球粒状陨石被认为是太阳系早期物质组成的原始记录者,它们携带的氦同位素比例被认为代表了太阳系形成初期的初始或未受显著改变的氦丰度状况。地球以及其他行星由于地质作用、放射性衰变等因素影响,其内部和大气层中的氦同位素比例可能与球粒状陨石中的初始比例有所不同。因此,在研究地球或其他天体的气体地球化学问题时,会将球粒状陨石的氦丰度模式作为参照基准,用以探讨地壳、地幔乃至地球深部可能存在的不同氦源及演化过程。

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碳质球粒陨石

(引自:https://www.meteorite-times.com/an-ungrouped-carbonaceous-chondrite/)

参考资料:Anderson, D. L. (1998). A model to explain the various paradoxes associated with mantle noble gas geochemistry. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95(16), 9087-9092. https://doi.org/10.1073/pnas.95.16.9087

附:陨石的矿物学分类

球粒陨石来自于未分异的小行星,保留了最原始的矿物组分。但不同球粒陨石的矿物成分有所不同,根据陨石中矿物的差异,可以把球粒陨石分为:

①碳质球粒陨石(Carbonaceous chondrites):碳质球粒陨石(Carbonaceous Chondrites)是球粒陨石的一种特殊类型,它们的特点在于含有丰富的有机化合物和水,以及较高的碳含量。这类陨石是太阳系早期物质的重要化石记录,被认为是最原始、未经显著高温熔融和化学分异的天体残留物之一。在碳质球粒陨石中,除了常见的球粒结构外,还包含多种矿物质如硅酸盐、氧化铁、硫化物以及大量的碳质材料,这些碳质物质可以是无定形碳、石墨、有机分子甚至是氨基酸等构成生命基础的复杂有机化合物。此外,它们还常常含有多种挥发性元素,比如氮、氢、氧、硫以及稀有气体等,这些成分对于研究太阳系特别是地球上的水和有机物质来源具有重要意义。通过分析碳质球粒陨石的成分与结构,科学家们能够获取关于早期太阳星云条件、太阳系小行星带内物质演化过程,以及可能的生命前体物质如何从星际空间传输至地球等方面的珍贵信息。

②普通球粒陨石(Ordinary chondrites):普通球粒陨石(Ordinary Chondrites)是陨石家族中最常见的一类,它们占据了已知陨石总量的约85%左右。这类陨石以包含大量微小的硅酸盐矿物球粒为特征,这些球粒是在太阳系早期形成的,并且保留了原始星云物质的信息。普通球粒陨石根据其铁镍金属(Fe-Ni合金)含量和成分差异进一步划分为三个主要类型:H群(High-iron):具有相对较高的铁镍金属含量,岩石部分主要由橄榄石和低钙辉石等矿物组成。L群(Low-iron):铁镍金属含量较低,硅酸盐矿物主要包括长石和辉石,以及一些其他次要矿物。LL群(Low-iron, Low-metal):不仅铁镍金属含量最低,而且其整体化学成分相较于H群和L群更为贫瘠。通过研究普通球粒陨石,科学家能够了解太阳系早期的物质构成、元素丰度、同位素比例以及行星形成过程中的物理和化学条件等诸多信息。此外,由于普通球粒陨石广泛分布且易于获取,因此成为了研究地球和其他行星起源的重要窗口。

③顽辉石球粒陨石(Enstatite chondrites):顽辉球陨石,是一种罕见的球粒陨石类型,其主要矿物成分为顽火辉石(Enstatite),这是一种镁和铁的硅酸盐矿物。这类陨石的特点是富含顽火辉石和相关的低钙辉石,并且相对缺乏其他常见的球粒陨石中的矿物如橄榄石等。它们的化学成分反映出形成于极端还原的环境,即原始太阳星云中富含金属铁而几乎不含水或挥发性物质的部分。在太阳系早期的历史中,顽辉球陨石母体可能是小行星带内部非常干燥区域的天体残骸。它们对于研究太阳系早期条件、特别是了解那些远离水分和其他挥发性物质源区域的物质构成具有重要意义。

④R型球粒陨石 Rumuruti(R):是一种较为罕见的球粒陨石类型,以其独特的矿物学和化学特性区别于其他球粒陨石。这类陨石以富含钙铝包涵物(CAIs)和低铁含量为特征,并且含有大量的长石和斜长石等硅酸盐矿物以及丰富的球粒结构。Rumurutiites在命名上源于肯尼亚的鲁穆鲁蒂地区,在那里首次发现了此类陨石样本。它们的化学成分和岩石学性质表明其形成于太阳系早期相对氧化的环境中,与之对比的是,例如顽火辉石球粒陨石则代表了还原环境下的产物。由于R型球粒陨石具有较高的SiO2含量、较低的金属及硫化物比例以及特殊的球粒和熔融包体组合,因此对于研究太阳系早期物质的演化过程、小行星母体的分异历史以及行星形成的条件等方面提供了宝贵的资料。

碳质球粒陨石Allende,碳质球粒陨石呈深灰色至黑色,有点像木炭。

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碳质球粒陨石(阿连德陨石)(4.560-4.568 Ga) 1碳质球粒陨石-阿连德陨石,小破碎的个体。(直径1.4厘米)碳质球粒陨石是深灰色到黑色的球粒陨石,具有相对富含碳的基质。1969年阿连德陨石坠落时,陨石学家获得了第一个大型碳质球粒陨石样本。在阿连德之前,碳质球粒陨石材料非常罕见。阿连德已经成为研究最深入、最著名的碳质球粒陨石。阿连德于196928日凌晨105分撞击地球。已知的分布在墨西哥北部奇瓦瓦州东南部阿连德镇附近,呈西南向东北方向分布。上面显示的覆盖岩石的黑色物质是原始的熔融地壳。融合地壳代表了原始岩石碎片的外部部分,当阿连德火球穿过地球大气层时,这些岩石碎片部分融化了。浅灰色区域表示岩石的内部外观(熔合地壳破裂的地方)

更普遍的分类图如下:

  • Chondrites:球粒陨石

  • Carbonaceous:碳质球粒陨石

  • Ordinary:普通球粒陨石

  • Enstatite:顽辉石球粒陨石

  • Rumuruti(R):R型球粒陨石

  • Achondrites:无球粒陨石

  • Primitive Achondrites:原始球粒陨石

  • Iron meteorites:铁陨石

  • Stony-iron meteorites:石铁陨石

image.png原文链接:https://www.zhihu.com/question/41624183/answer/1493628573



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