多接收等離子體質譜助力地球化學高精度鉀同位素研究

　　8月15日，《地球化學與宇宙化學學報》(Geochimica et CosmochimicaActa)正式發表了中國科學院紫金山天文臺等關于高精度鉀同位素研究的最新成果。該項研究發現，玻璃隕石在形成過程中即上陸殼在轉變成玻璃隕石的撞擊蒸發熔融冷卻過程中，沒有發生鉀同位素的分異，這對于揭示內太陽系天體的普遍揮發性元素虧損機制具有重要科學意義。

　　隨著世紀之交同位素質譜測試技術的革命性發展，特別是多接收等離子體質譜儀（MC-ICP-MS）的問世，非傳統穩定同位素地球化學這一新的分支學科應運而生，并迅速蓬勃發展，成為本世紀第一個十年地球化學領域的最大亮點之一。近年來，相較于傳統的SIMS和TIMS，MC-ICP-MS 的鉀同位素分析精度提高了一個數量級（從0.5‰到0.05‰），因此可揭示一些先前無法分辨的鉀同位素差異。尤其是對阿波羅月巖樣品的對比分析顯示，月球的鉀同位素比地球重了0.4‰，這為月球的高能高角動量撞擊起源理論提供了強有力的證據。

　　玻璃隕石（Tektite）是小行星撞擊地球時，地表巖石在高溫高壓還原條件下瞬間熔融冷卻形成的玻璃體，其尺寸一般約為毫米/厘米級大小。紫金山天文臺科研人員與美國圣路易斯華盛頓大學、哈佛大學等團隊合作，利用Neptune MC-ICP-MS分析了澳亞玻璃隕石的鉀同位素和鋅同位素(圖1)，結果顯示玻璃隕石與全巖硅酸鹽地球之間無明顯差異，表明上陸殼在轉變成玻璃隕石的撞擊熔融蒸發過程中，沒有產生鉀同位素的分異。而鋅同位素甚至在一個剖面上變化都很大，進一步的熱化學模擬計算表明，親銅元素銅和鋅在蒸發過程中容易丟失，因此產生大的同位素分異，而親石元素鉀由于具有極低的活度系數，更傾向于留在硅酸鹽熔體中。

　　高精度鉀同位素分析正成為非傳統穩定同位素研究領域的一個熱點，利用新技術重新檢測球粒隕石、月球隕石、火星隕石和 HED 隕石的鉀同位素組成，揭示揮發分在小行星和行星形成和分異中的作用是十分必要且迫切的，這有助于厘清內太陽系天體的普遍揮發性元素虧損機制。此外，該項工作將來可直接應用于我國嫦娥五號從月球采回的月巖/月壤樣品，亦可給出月球大碰撞理論的科學證據。同時，相關研究也為我國未來小行星探測提供理論基礎。

　　該項研究工作第一作者為紫金山天文臺副研究員蔣云。

　　該工作主要得到國家自然科學基金委（基金號：11473073, 41573059, 41873076, 41773059, 11761131008）、中科院行星科學重點實驗室和紫金山天文臺小行星基金會等的支持。

圖：K、Zn和Cu同位素在全巖硅酸鹽地球（BSE）、球粒隕石（Chondrite）和玻璃隕石（Tektite）中的分異程度對比