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邢魏凡等-GRL:SaU 169月球陨石中雷锆石的发现
2020-11-12 | 作者: | 【 】【打印】【关闭

  月球的表面布满了大大小小的撞击坑,其表面物质普遍经历了强烈的冲击变质,形成月壤和各种冲击熔融角砾岩。但是,一个长期令人困惑的问题是,无论阿波罗样品或是月球陨石,极少发现高压矿物相。迄今为止,仅在几块样品中发现了橄榄石的高压相(林伍德石和瓦茨利石)和二氧化硅的高压相(柯石英、斯石英、赛石英)。作为对比,受到冲击变质的普通球粒陨石、火星陨石中普遍存在各种矿物的高压相。月球样品中高压矿物的缺失,很可能指示了月球受小行星撞击产生特殊的温度-压力条件。 

  中国科学院地质与地球物理所林杨挺研究员团队,在一块编号为SaU 169的月球陨石中,发现了锆石的高压相——雷锆石,这也是首次在地外样品中发现雷锆石。该雷锆石以片晶的形式存在于部分锆石颗粒(图1),指示了锆石-雷锆石的固-固相变形成机制。激光拉曼光谱(图2)和同步辐射X-射线衍射(图3)确证锆石中的这些片晶为雷锆石。由背散射电子衍射分析得到这二种矿物之间的晶体结构关系则进一步佐证雷锆石与锆石的这种固-固相转变。月球雷锆石的产状和矿物学特征,与地球陨石坑中发现的雷锆石相似,表明它们均是在小行星撞击产生的高温-高压条件下,通过相同的机制形成。  

图1 含雷锆石的锆石颗粒。(a) 锆石颗粒E-8的背散射电子图;(b) CL 图像; (c) 锆石颗粒C-13的背散射电子图像,黄色虚线长方形为用焦聚离子束切割超薄片的位置,小图为切割后的超薄片,其上沉淀了Pt;(d)锆石颗粒G-1的背散射电子图像,数字1-4为图2所示拉曼谱的分析位置

图2 雷锆石(Rdt)和锆石(Zrn)的激光拉曼谱,分析位置见图1

图3 雷锆石-锆石颗粒(C-13)的同步辐射x-射线衍射结果。Cu为铜网,Rdt为雷锆石,Zrn为锆石

  前人的冲击实验表明,形成雷锆石的冲击压力>30 GPa;热稳定性实验表明,在常压下当温度升高>1473K时,雷锆石很快退变质回锆石。另外,多孔隙月壤的模拟冲击实验,当冲击压力达到~10 GPa时,靶岩的温度升至~1473K。因此,月球样品中雷锆石的发现,对月球在小行星撞击下产生的温度-压力条件给出重要的限定。锆石作为月球岩石中一种并不普遍分布的副矿物,在小行星撞击下形成高压矿物相,而其他主要造岩矿物甚少发现高压相。这一现象表明月球表面特征的多孔隙靶体(月壤+角砾岩)在小行星撞击下,或产生的冲击压力偏低,只能形成雷锆石;或由于绝热压缩升温导致靶岩温度显著升高,造成冲击后的缓慢冷却,使其他高压矿物退变质而消失,但雷锆石因具有最好的热稳定得以保存。

  成果发表于国际权威学术期刊Geophysical Research Letter。(Xing W, Lin Y*, Zhang C, et al. Discovery of Reidite in the Lunar Meteorite Sayh al Uhaymir 169[J]. Geophysical Research Letters, e2020GL089583. DOI: 10.1029/2020GL089583)(原文链接)。成果得到中国科学院前沿科学重点研究项目(QYZDJ-SSW-DQC001)、国家自然科学基金委员会面上项目(41673069, 41490631)等共同资助。

 
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