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地质地球所在月球陨石中发现雷锆石

2020-11-25 地质与地球物理研究所
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  月球的表面布满撞击坑,其表面物质普遍经历强烈的冲击变质,形成月壤和各种冲击熔融角砾岩。但是,无论阿波罗样品或是月球陨石,较少发现高压矿物相。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、火星陨石中较普遍的存在各种矿物的高压相。月球样品中高压矿物的缺失,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研究所研究员林杨挺团队在一块编号为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中(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两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。

  已有的冲击实验表明,形成雷锆石的冲击压力>30 GPa;热稳定性实验表明,常压下温度升高>1473K时,雷锆石会较快退变质回锆石。此外,多孔隙月壤的模拟冲击实验显示,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-压力条件给出重要限定。锆石作为月球岩石中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较少发现高压相。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,但是雷锆石因具有较好的热稳定性得以保存。

  相关研究成果以Discovery of Reidite in the Lunar Meteorite Sayh al Uhaymir 169为题,发表在Geophysical Research Letters上。研究工作得到中科院前沿科学重点研究项目、国家自然科学基金委员会面上项目等的资助。

  论文链接

  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

打印 责任编辑:董凯悦

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