GCA：火星柯石英的發現和意義
2020-07-30 中科院地質地球所
胡森等-GCA：火星柯石英的發現和意義
火星隕石離開火星需要很高的逃逸速度，大於5公裡/秒。只有強烈的撞擊事件，可以使濺射出的石塊達到這樣高的初速度，這與玄武巖質（S型）火星隕石普遍發生熔長石化和存在豐富的高壓相組合相符。月球和灶神星隕石樣品中，二氧化矽的高壓相主要以斯石英和柯石英為主，可見少量的Seifertite（PbO2結構）；相比，火星隕石中二氧化矽的高壓相主要以斯石英和Seifertite為主，未發現過柯石英，這可能反映它們之間存在不同的衝擊變質機制或撞擊歷史。
中國科學院地質與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，對一塊編號為NWA 8657的玄武巖質火星隕石開展了研究，首次在火星隕石中發現柯石英，並探討了火星柯石英的形成機制，制約了撞擊事件的峰值溫壓。他們發現該火星隕石具有大面積的衝擊熔融區域（～5 vol%）。綜合巖相學、雷射拉曼光譜和透射電鏡分析結果，他們在衝擊熔融區域發現了三種產狀的柯石英：（1）產出於二氧化矽玻璃-熔長石集合體中（圖1a-圖1b），柯石英呈納米顆粒，與熔長石共生（圖2），可能是從二氧化矽-長石熔體中結晶形成；（2）自形-針狀的柯石英（圖1b-圖1d），保留著典型的斯石英自形特徵，可能是斯石英在卸壓階段固-固相變形成；（3）產出於熔融包裹體或包裹在熔長石中（圖1e-圖1f），柯石英呈納米顆粒，與二氧化矽玻璃和石英共生，可能是斯石英或Seifertite退變質形成。此外，在衝擊熔融區域，還可見重結晶的長石（圖3）。這些發現表明：（1）該火星隕石的母巖經歷過強烈的衝擊變質，其峰值溫壓分別為～2000℃和～18-30GPa；（2）該火星隕石遭受的衝擊更強烈，因而發生大面積區域的熔融，在卸壓階段的冷卻速度相對較慢，導致在壓縮階段形成的斯石英和（或）Seifertite無法保存而轉變成柯石英、石英和二氧化矽玻璃；（3）火星隕石中退變質形成柯石英的發現，表明其經歷了更強烈的衝擊變質作用。
圖1 NWA 8657火星隕石中三種產狀的柯石英。（a-b）產狀一，柯石英產出於二氧化矽熔長石集合體；（c-d）自形-針狀柯石英，產出於熔融囊；（e-f）粒狀柯石英，被熔長石包裹，與二氧化矽玻璃和石英共生。Coe.柯石英；Px.輝石；Mask.熔長石；Mes.充填物；Qz.石英；Tr.隕硫鐵；SG.二氧化矽玻璃；FIB01.聚焦離子束切片；R+數字.拉曼分析位置
圖2 FIB01的HAADF照片（a-b），局部STEM元素分布圖（c-g），局部DF-TEM照片（h）和選區衍射（i）。SG.二氧化矽玻璃；Mask.熔長石；Px.輝石；Coe.柯石英；Ves.氣孔
圖3 NWA 8657火星隕石熔融區重結晶長石的TEM分析結果。（a）HAADF照片和選區衍射；（b-e）STEM元素麵分布圖。Pl.長石；Px.輝石；MSG.鐵鎂質矽酸鹽玻璃
研究成果發表於國際權威期刊GCA。（Hu Sen*, Li Yang, Gu Lixin, Tang Xu, Zhang Ting,Yamaguchi Akira, Lin Yangting, Changela Hitesh. Discovery of coesite from themartian shergottite Northwest Africa 8657[J]. Geochimica et Cosmochimica Acta,2020. DOI: 10.1016/j.gca.2020.07.021）。該成果受國家自然科學基金委員會重點（41430105）和面上（41573057，41973062）項目、國家留學基金委員會（201804910284）和中科院地質與地球物理研究所重點部署項目（IGGCAS-201905）共同資助。
校對：陶琴
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