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胡森等-EPSL:火星幔的揮發份含量
2019-11-20 | 作者: | 【 】【打印】【關閉

  火星被認爲是最有可能孕育過生命的地外行星,這是人類不懈地探索火星的最主要的動力。現有的火星探測和火星隕石的研究表明,火星早期很可能存在海洋和大面積的水體,爲生命演化提供了基本條件。大約30億年前,火星表面就已經變成現在這樣極度的寒冷和幹旱。火星劇烈的環境變遷,主要受控于內部的岩漿活動。揮發份,特別是火星幔的揮發份,尤其是水,作爲串聯火星生命、古環境和岩漿活動的重要紐帶,是探索火星演化曆史的鑰匙。火星隕石,作爲目前人類唯一可以在實驗室分析的標本,是火星岩漿作用的産物,記錄了火星幔源的信息,是解譯火星幔揮發份含量的關鍵。 

  中國科學院地质与地球物理研究所地球與行星物理院重點實驗室胡森副研究員及其合作者借助本所的納米離子探針,對NWA 6162火星隕石中的熔融包裹體開展了水、SCl含量,以及H同位素組成的分析。他們發現NWA 6162熔融包裹體的水和S呈現不同的分布形態,富D的水以樹枝狀富集在熔融包裹體內部,相比,S以納米到微米大小的顆粒産出,比較均勻的分布在熔融包裹體內,可能是金屬硫化物(圖1)。他們在估算火星幔源揮發份含量之前,對熔融包裹體經曆過的岩漿去氣、殼源混染、水岩作用、地球汙染等開展細致分析,認爲該樣品的熔融包裹體基本沒有受到岩漿去氣和地球的汙染的影響,但火星的水岩作用非常明顯。研究發現: 

  1NWA 6162熔融包裹體的水含量和H同位素具有非常好的對數正相關(圖2),指示火星大氣水交換的結果,說明熔融包裹體中的水大部分來自火星的淺表。因此,在計算火星幔源水含量時,需要扣除火星淺表水的貢獻。同時,不同火星隕石的水含量和H同位素都具有正相關關系,說明火星淺表水可能具有比較一致的H同位素組成。 

  2)熔融包裹體的Cl含量與水具有正相關關系(圖3a),落在火星幔源和殼源物質的混合線上,說明熔融包裹體的Cl含量也受到了水岩作用的影響,這可能是導致前人估算火星內部明顯比地幔富Cl的主要原因。 

  3S含量與水含量無明顯相關性(圖3b),能代表源區的性質。根據兩端元混合模式,扣除火星淺表水的貢獻後,他們估算火星幔的水、ClS含量分別爲0.1-3ppm0.5-4ppm0.5-15ppm,明顯比地幔“幹”。 

1  NWA 6162火星隕石熔融包裹體中揮發份的分布特征。(a12C,(b16OH,(c18O,(d32S,(e35Cl,(f)背散射电子圖像。熔融包裹体的水呈现树枝状形态,富集在内部。相比,S以納米到微米大小的顆粒産出,比較均勻的分布在熔融包裹體內,可能是金屬硫化物

2  NWA 6162火星隕石中熔融包裹體(MIs)、熔長石(Mask)和熔殼(FC)的水含量和H同位素的相關性。NWA 6162熔融包裹體的水含量與H同位素具有對數正相關關系,代表兩端元混合過程,即火星幔與火星淺表水(灰色長方形所示區域)的混合。同時,該相關性也表明熔融包裹體現在記錄的水大部分來自火星淺表

3  NWA 6162火星陨石熔融包裹體的水含量與SCl含量的相關性。(aCl与水含量具有正相关关系,说明熔融包裹體的水和Cl主要來自火星淺表,而非火星幔源;(bS含量與水含量無明顯相關性,說明S幾乎沒有受到火星淺表物質的混染,可以代表火星幔源

  研究成果發表于EPSL。(Hu S*, Lin Y T, Zhang J C, Hao J L, Yamaguchi A, Zhang T, Yang W, Changela H. Volatiles in the martian crust and mantle: Clues from the NWA 6162 shergottite[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2019:115902. DOI: 10.1016/j.epsl.2019.115902)(原文鏈接 

 
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