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类地行星挥发性物质亏损的硫和铜同位素制约

文献类型:学位论文

作者王得亮
答辩日期2024
文献子类硕士
授予单位中国科学院大学
授予地点中国科学院地球化学研究所
导师许英奎
关键词硫同位素,铜同位素,火星陨石,球粒陨石,硫化物分离
英文摘要

陨石记录了星云凝聚、星子碰撞、行星分异和火山去气等行星演化过程的信息。球粒陨石由早期太阳系星云物质直接凝聚而成,被认为代表了类地行星的初始组成物质。相对于CI球粒陨石,分异星体呈现出不同程度的挥发性元素亏损,但是这种亏损的机制仍然存在争议。了解类地行星挥发性物质的收支,对理解它们的形成和演化具有重要意义。硫(S)和铜(Cu)都具有挥发性,也都是亲铁元素,在不同赋存相之间的分配会发生同位素分馏。因此,使用Cu和S能够对行星的挥发性物质的收支进行较为全面的制约,进而示踪类地行星的演化过程。我们选择了3块具有冲击熔囊/冲击熔脉的普通球粒陨石,分别取其熔融和未熔融部分测试了化学组成以及S和Cu同位素组成,探讨星子碰撞过程中S和Cu的迁移机制以及伴随的同位素分馏;我们还测试了14块火星陨石的化学组成和Cu同位素组成,包括13块辉玻无球粒陨石(Shergottite)和一块辉橄无球粒陨石(Nakhlite),探讨行星分异过程中Cu的迁移形式。最终揭示类地行星演化过程中的S和Cu的迁移和亏损机制,并总结了控制类地行星挥发性物质收支的规律。结果表明:星子碰撞过程中,挥发性元素S随硫化物熔体迁移的同时可能气化丢失。由于S极容易迁移,热变质和冲击过程可导致S分布极不均一。可以推断,在星子尺度上存在冲击熔融导致的S挥发亏损和并使残余岩石的S同位素组成变重。球粒陨石熔融部分的Cu同位素特征表明,低程度的冲击熔融可能不会导致显著的Cu气化丢失及同位素分馏,Cu的迁移主要受硫化物的控制。高程度冲击可能导致Cu的蒸发亏损。行星吸积碰撞期间Cu同位素的有限分馏说明高温挥发可能不是类地行星Cu亏损和同位素分馏的主要机制。类地行星演化过程中的中等挥发性亲硫元素亏损更可能受硫化物分离过程的控制。Shergottite和Nakhlite之间难以区分的Cu同位素组成表明,火星幔部分熔融过程中Cu同位素分馏有限,因为这两种类型陨石的原始熔体被认为是火星幔不同程度部分熔融的产物。多数火星陨石的Cu含量与MgO含量之间呈系统性负相关表明,随着母岩浆的分离结晶,残余熔体的Cu含量增加。尽管如此,在δ65Cu与MgO (或Cu)含量之间没有观察到明显的关系,这可能表明多数Shergottite的母岩浆处于硫化物不饱和状态。我们在Shergottite中观察到了可分辨的Cu同位素分馏,火星岩浆演化过程中硫化物分离会导致剩余熔体的δ65Cu值升高,火星壳混染会导致熔体的δ65Cu值降低,说明下火星壳可能存在一个轻Cu储库。我们筛选出未经历显著硫化物饱和出溶和火星壳混染的样品,作为代表火星幔Cu同位素组成的样品,将整体硅酸盐火星的Cu同位素组成定义为δ65CuBSMa = -0.03 ± 0.08‰ (2SD),在误差范围内与整体硅酸盐地球的Cu同位素组成(+0.07 ± 0.10‰)相当,但比球粒陨石定义的整体火星的δ65Cu值更重。这种差异可能归因于火星早期分异过程中的硫化物分离,火星岩浆洋底部的硫化物出溶将大量轻的Cu同位素携带至火星核心。

语种中文
页码67
源URL  
专题地球化学研究所_研究生
推荐引用方式
GB/T 7714
王得亮. 类地行星挥发性物质亏损的硫和铜同位素制约[D]. 中国科学院地球化学研究所. 中国科学院大学. 2024.

入库方式: OAI收割

来源:地球化学研究所

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