中国陨石学与天体化学研究进展(2011-2020)

过去十年,中国陨石学与天体化学研究迎来了一个迅速发展时期.嫦娥工程与月球采样返回,以及天问一号火星探测等一系列深空探测工程的成功实施,极大地推动了我国陨石学和天体化学的发展;南极格罗夫山陨石库的建设,为学科发展提供了充足样品;高精度同位素分析平台的建设,保障了陨石及地外返回样品的分析研究需要;此外,国内还涌现了一批优秀行星科学与天体化学青年人才.与此同时,通过对各类陨石的研究,在太阳星云起源与演化、火星与月球等类地行星形成与宜居性研究、小行星岩浆作用和含水蚀变及后期撞击历史等方面也取得了重要成果.     

陨石学及天体化学研究某些新进展

陨石是来自含气体-尘粒的太阳早期星云盘凝聚和吸积的原始物质,大多数原始物质因吸积后的作用过程而改变（如月球、地球及火星样品）,但有一些却完整的保存下来（如球粒陨石或球粒陨石中的难熔包体）。这些原始的物质通常依据同位素丰度特征来识别,依据其矿物-岩石学特征和成因可将已知的陨石划分许多更小的类型。陨石学及天体化学的新近进展包括：新近识别的陨石群;发现新类型球粒陨石及行星际尘粒中发现前太阳和星云组分;利用短寿命放射性核素完善了早期太阳系年代学;洞察宇宙化学丰度、分馏作用及星云源区及通过次生母体的作用过程阐释星云和前星云的记录。本文概述了早期太阳系内从星云到陨石的演化过程。依据这些资料,对早期太阳系所经历的多种核合成的输入、瞬时加热事件与星云动力学有一些新的认识,以及认识到小星子和行星体系的演化比以前预期的更快速。     

球粒陨石中富Ca、Al包体成因研究进展与演化模式

富Ca、Al包体(简称CAI)形成于太阳星云演化的最初始阶段,其成因模式主要包括:气—固凝聚、熔融结晶和部分熔融以及高温蒸发作用等。最近,通过对不同球粒陨石化学群中的CAI进行岩石学特征对比研究,发现不同化学群中的CAI具有相似的大小和类型分布特征,表明不同球粒陨石化学群中的CAI极可能具有相似的起源。该结果,与前人的氧同位素、Al—Mg同位素体系以及稀土元素等研究得到的结论一致。不同球粒陨石化学群中的CAI具有相似的成因,并很可能形成于太阳星云的相同区域,随后迁移到不同球粒陨石群的吸积区域。     

我国南极陨石收集进展(2000-2010)

自上世纪中叶以来,南极陨石收集就成为国际上南极考察项目中的一个重要亮点。在世纪之交之际,我国南极考察队开始了南极陨石收集,在短短的十年时间,在南极陨石收集方面取得了丰硕成果。我国不但收集了一万多块陨石样品,成为拥有南极陨石最多的国家之一,而且新发现了一个陨石富集区——格罗夫山。     

太阳系~(53)Mn-~(53)Cr同位素体系

短周期放射性核素的初始丰度和分布情况,已成为陨石学和天体化学的重要研究领域之一。已有研究证实地外天体中53 Cr的放射性母体为53 Mn。53 Mn的半衰期为3.7±0.4Ma,可对太阳系形成之后的20Ma内发生的事件进行精确定年。本文系统总结了已报道的碳质球粒陨石、普通球粒陨石、顽辉石球粒陨石和分异陨石中的53 Mn-53 Cr同位素体系数据,依据55 Mn/52 Cr值和53 Cr异常探讨了太阳系形成时53 Mn和53 Cr的初始分布情况、太阳系初始的53 Mn/55 Mn值,讨论了陨石中普遍存在的54 Cr/52 Cr值异常和碳质球粒陨石全岩的54 Cr和53 Cr异常值之间的正相关关系对53 Mn-53 Cr体系定年影响。     

全球陨击构造信息系统(EMISIS)的开发与应用

陨石、彗星、小行星对地球的撞击作用是 2 0世纪末及2 1世纪初的地学界、天文界以及其他科技界一个研究热点。结合我们对这一课题的研究需要 ,我们编制了全球陨击构造信息系统 (Ｅａｒｔｈｍｅｔｅｏｒｉｔｅｉｍｐａｃｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ ,ＥＭＩＳＩＳ)。我们使用了关系型数据库作基础 ,以Ｍｉ ｃｒｏｓｏｆｔＶｉｓｕａｌＦｏｘｐｒｏ 6.0等软件为开发工具 ,经过近两年的努力工作编制而成。笔者在 2 0 0 0年 8月之后 ,于巴西召开的第 3 1届ＩＧＣ国际地质大会收集到各国学者发表的有关陨石、彗星、…     

车里雅宾斯克(Chelyabinsk)陨石的岩石矿物特征与冲击变质作用

2013年2月15日,俄罗斯车里雅宾斯克(Chelyabinsk)发生了伴随罕见的空中爆炸的大规模陨石雨事件。本文对3块代表不同冲击变质程度的车里雅宾斯克陨石碎块进行了研究。它们都具有部分熔壳,其中1块仅出现碎裂,1块含有冲击熔融细脉,1块基本由冲击熔融囊和冲击熔脉组成。冲击变质程度最低的样品,代表了该陨石母体小行星的原始岩石矿物学特征:即具有粗粒的岩石结构和均一的矿物化学组成,但仍保留一些残余球粒,表明受到了明显的热变质作用,其岩石类型可划分为5型。铁镁质硅酸盐高的Fe O含量(橄榄石Fa:27.9mol%~28.2mol%,辉石Fs值:23.3mol%~23.7mol%)、以及较低的Fe-Ni金属含量,表明其化学群属于低铁低金属的LL群。我们所分析的样品与前人报导的结果相似,未发现不同岩性的岩屑,表明车里雅宾斯克陨石的原始岩矿特征较为均一。3块陨石碎块中,随着冲击程度的增强,其冲击变质特征依次表现为硅酸盐矿物的破碎、熔长石化更为普遍、陨硫铁与铁镍合金共熔、硅酸盐熔脉的形成、铬铁矿与长石共熔、以及大量熔融囊的发育等。但是,在冲击熔融囊和熔脉中,以及相邻围岩中均未发现高压矿物相。熔脉中的橄榄石晶屑和相邻围岩的橄榄石颗粒表现为化学成分的不均一,在背散射电子图像中呈不同灰度的结构。这与其他强烈冲击变质陨石中橄榄石的林伍德石或瓦茨利石相变相似。该陨石中林伍德石或瓦茨利石的缺失很可能是由于强烈撞击后高温产生的退变质。这也表明车里雅宾斯克陨石的母体小行星可能遭受了非常强烈的撞击事件。     

Allende(CV3)陨石中一种特殊蠕虫状橄榄石集合体的矿物岩石学特征及其成因探讨

在通过对Allende(CV3)碳质球粒陨石的4个光薄片中发现的5个特殊蠕虫状橄榄石集合体(AOA)的岩石学和矿物化学特征研究,证实它们的矿物组合以富橄榄石和霞石为特征,可见少量的金属硫化物。橄榄石颗粒Fa(Fe/(Fe Mg)原子百分比)值范围在34.1 mol%～42.2 mol%,百分标准平均方差(PMD)值为6.1,表明这些颗粒达到了一定的热力学平衡。AOA可能属于星云直接凝聚形成,AOA和细粒CAI(FTA和富尖晶石-辉石型CAI)可能代表了太阳星云从高温到低温连续凝聚的产物。认为AOA的蚀变作用发生在太阳星云中,霞石和铁橄榄石可能是后期水化蚀变的产物,霞石可能替代了AOA中原始的矿物——钙长石和黄长石等。AOA可能在星云中还经历了热蚀变作用的过程,橄榄石和霞石颗粒均具有高的FeO质量分数(29.1%～34.4%,4.04%～9.70%),表明蚀变反应发生在高逸氧度的星云环境下。     

陨石中宇宙成因核素~(10)Be和~(26)Al的化学分离纯化

陨石离开其小行星母体直至降到地球表面期间,受到宇宙射线的照射,产生一系列包括10Be和26Al等的放射性核素。10Be和26Al的含量及其比值记录了宇宙射线辐照历史,而陨石降落到地球表面后,它们的衰变又提供了测定其降落时间,即居地年龄的方法。10Be和26Al由加速器质谱测定,样品需分离纯化。为此,开展了陨石样品Be和Al的分离纯化实验。通过模拟样品的条件实验,建立了Be和Al分离纯化的化学流程,其回收率分别达到89%和70%。在此基础上,分离并测定了一个降落型普通球粒陨石(吉林陨石)非磁性部分的10Be和26Al的含量。结果显示,吉林陨石26Al/10Be的比值为5.005,远大于两者的饱和比值(2.72),说明吉林陨石经历了短期的暴露辐射,这一结果与吉林陨石第二阶段的暴露年龄0.4Ma一致。整个化学流程的10Be/9Be和26Al/27Al空白分别为(4.33±0.46)×10-14和(6.59±4.66)×10-15,其中前者接近于该仪器的空白测量值,而后者则接近于仪器的检测限2.3×10-15。     

矿物物理学研究进展简述(2000～2010)

矿物物理学是介于矿物学、固体物理和量子化学之间的交叉学科,是矿物学研究的重要内容之一.进入21世纪以来,由于微区、微束和谱学探测技术、高温高压等实验技术以及计算机计算处理能力的提高,我国的矿物物理学正处于飞速发展阶段,在矿物纳米尺度微观结构、矿物表面物理化学研究等方面取得了长足进步,尤其是在高压矿物物理研究方面更是取得较大突破.但我国矿物物理学研究也存在研究队伍萎缩、后继人才匮乏的问题.展望未来,矿物物理学研究机遇与挑战并存,如何形成矿物化学键与能量、结构与物化性质、成因特征等诸方面有机联系的、统一的矿物物理学理论,进而推动矿物物理学在地质学、地球化学以及材科学研究中的应用,是我们必须思考的问题.     

History and Progress of the North American Soil Geochemical Landscapes Project,2001-2010

In 2007,the U.S.Geological Survey,the Geological Survey of Canada,and the Mexican Geological Survey initiated a low-density(1 site per 1600 km2,13323 sites) geochemical and mineralogical survey of North American soils(North American Soil Geochemical Landscapes Project).Sampling and analytical protocols were developed at a series of workshops in 2003-2004 and pilot studies were conducted from 2004-2007.The ideal sampling protocol at each site includes a sample from 0-5 cm depth,a composite of the soil A horizon,and a sample from the soil C horizon.The <2-mm fraction of each sample is analyzed for Al,Ca,Fe,K,Mg,Na,S,Ti,Ag,Ba,Be,Bi,Cd,Ce,Co,Cr,Cs,Cu,Ga,In,La,Li,Mn,Mo,Nb,Ni,P,Pb,Rb,Sb,Sc,Sn,Sr,Te,Th,Tl,U,V,W,Y,and Zn by inductively coupled plasma-mass spectrometry and inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry following a near-total digestion in a mixture of HCl,HNO3,HClO4,and HF.Separate methods are used for As,Hg,Se,and total C on this same size fraction.The major mineralogical components are determined by a quantitative X-ray diffraction method.Sampling in the conterminous U.S.was completed in 2010(c.4800 sites) with chemical and mineralogical analysis currently underway.In Mexico,approximately 66% of the sampling(871 sites) had been done by the end of 2010 with completion expected in 2012.After completing sampling in the Maritime provinces and portions of other provinces(472 sites,7.6% of the total),Canada withdrew from the project in 2010.Preliminary results for a swath from the central U.S.to Florida clearly show the effects of soil parent material and climate on the chemical and mineralogical composition of soils.A sample archive will be established and made available for future investigations.     

我国深海矿产研究:进展与发现(2011-2020)

深海矿产是地球上尚未被人类充分认识和利用的最大潜在战略矿产资源,近十年我国在该领域的研究取得了重要进展.在太平洋国际海底区域申请到2块多金属结核勘探区、1块富钴结壳勘探区,在西南印度洋中脊申请到1块多金属硫化物勘探区.研究阐明了我国多金属结核和富钴结壳勘探区小尺度成矿规律,揭示了其成矿作用过程及古海洋古气候记录,探讨了...     

亚洲大陆边缘沉积学研究进展(2011-2020)

近十年来,我国在亚洲大陆边缘沉积学和古海洋学研究中取得了突破性进展.在空间上,对北起拉普捷夫海、南至孟加拉湾的广大海域进行了沉积物调查取样,开展了跨纬度"源-汇"过程研究,建立了陆架第四纪高分辨率地层层序,初步揭示了构造运动、海平面变化、亚洲季风、海冰、海流以及人类活动等因素在不同时空尺度上对亚洲大陆边缘"源-汇"过程...     

流体包裹体研究进展与展望(2011-2020)

本世纪第二个十年(2011-2020),我国流体包裹体研究与应用取得了长足进步.本文重点回顾了这一时期我国在流体包裹体研究领域的主要进展,包括流体包裹体理论、流体包裹体分析技术、矿床学和沉积成藏研究进展.流体PVTx性质模拟研究继续保持国际先进水平,建立了更加复杂多样的状态方程并能够较好地应用于各类天然流体体系中;同时...     

强亲铁元素高温地球化学与天体化学及研究进展

强亲铁元素(HSE)包括铂族元素(PGE):Os、Ir、Ru、Rh、Pt、Pd)及Re、Au,它们对金属与硫化物相具有强烈的亲和性,这种独特性质使其成为高温地球化学与天体化学研究中的优秀示踪剂。此外,强亲铁元素内含两种长半衰期(¹⁸⁷Re-¹⁸⁷Os,t_1/2=41.6 Ga;¹⁹⁰Pt-¹⁸⁶Os,t_1/2=469 Ga)和一种短半衰期(¹⁰⁷Pd-¹⁰⁷Ag,t_1/2=6.5 Ma)放射性同位素衰变体系,可以用作地球与天体演化的时钟。在地幔部分熔融或分离结晶期间,PPGE(Rh、Pd、Pt)与Re、Au倾向于进入熔体相,IPGE(Os、Ir、Ru)则更多保留在残余固相。因此,通过地幔包体、地幔构造岩、镁铁质与超镁铁质火山岩的HSE丰度与Os同位素可约束地幔组成和相应的岩浆过程,以及制约地球早期演化过程。随着分析技术的改进,HSE与Re-Pt-Os同位素在行星增生与分异、核幔相互作用、壳幔分异、洋陆转换、克拉通形成与破坏、岩石圈俯冲再循环以及Ni-Cu-PGE矿床成因等方面均显示了巨大的应用潜力。