部分分化的星子中核心硫脱气的岩石学证据：揭示早期太阳系星子演化新机制

《SCIENCE ADVANCES》：Petrologic evidence for core sulfur degassing in partially differentiated planetesimals

编辑推荐：为解决星子内部结构演化争议，研究人员通过分析Ornans型(CO)球粒陨石中硫化物替代结构(SRTs)，首次发现其与热变质程度呈正相关，提出SRTs是硅酸盐相与Fe-Ni-S核脱硫蒸气高温反应的产物，为部分分化假说提供首个岩石学证据，表明核心硫脱气可能是分化星子的普遍过程。

　　在早期太阳系演化研究中，星子（planetesimals）的内部结构一直是争议焦点。传统观点认为小行星要么完全未分化（形成球粒陨石），要么完全分化（形成非球粒陨石），但近年提出的部分分化假说挑战了这一认知。该假说认为某些星子可能呈现"三明治"结构：未熔融的球粒陨石外壳、分化的硅酸盐地幔和金属核。然而，此前缺乏直接证明壳-幔-核物质交换的岩石学证据。

针对这一科学难题，南京大学的研究团队在《SCIENCE ADVANCES》发表重要成果。研究人员选取5个不同热变质亚型（3.0-3.6）的Ornans型(CO3)球粒陨石，包括Kainsaz和Moss等降落样本，运用场发射扫描电镜(FE-SEM)、电子探针(EPMA)和聚焦离子束-透射电镜(FIB-TEM)等先进技术，首次系统研究了陨石中两类硫化物替代结构(SRTs)：CAIs（富钙铝包体）中的troilite-spinel-nepheline/anorthite组合和球粒中olivine被troilite-high Ca pyroxene替代的结构。

研究结果显示，SRTs的出现频率与陨石热变质程度显著相关：CO3.0陨石Colony完全缺失SRTs；CO3.1 DaG 190中52/114个CAIs含SRTs；CO3.2 Kainsaz中80/92个CAIs含SRTs；而CO3.6的Moss和NWA 2083中57/100个CAIs和18个球粒出现SRTs。关键发现包括：1）SRTs与melilite的空间关联性表明其通过反应Ca₂Al₂SiO₇ + Fe + S → CaAl₂Si₂O₈ + FeAl₂O₄ + FeS形成；2）球粒中olivine被FeS和augite替代需外部Ca源；3）矿物组合指示反应温度>650°C，远超热变质温度（300-600°C）。

通过排除星云环境、陆地风化、热变质和冲击变质等成因，研究提出创新性解释模型：SRTs是星子Fe-Ni-S核固化时硫蒸气通过"铁火山作用"(ferrovolcanism)上涌，与壳层硅酸盐反应的产物。该模型完美解释了三个关键观测事实：1）SRTs的深度依赖性反映蒸气渗透概率差异；2）硫同位素显示外部硫源特征；3）与铁陨石中硫亏损现象相呼应。研究还发现SRTs在acapulcoites、HEDs、brachinites等多种非球粒陨石中广泛存在，暗示核心硫脱气可能是分化星子的共性过程。

这项研究首次为部分分化假说提供了确凿的岩石学证据，建立了球粒陨石-非球粒陨石-铁陨石的成因联系，革新了对早期星子内部演化的认知。其重要意义在于：1）证实部分分化星子在太阳系早期普遍存在；2）提出核心硫脱气是行星分异的关键地球化学过程；3）为解释陨石硫异常提供了新机制。未来需要通过高温高压实验进一步验证硫蒸气与硅酸盐的反应机制，并探索其他挥发性元素在星子演化中的行为。