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本研究通过透射Kikuchi衍射（TKD）和透射电子显微镜（TEM）分析图兰陨石中橄榄石与金属界面，发现非外延生长界面及固态扩散过程，支持其与碳质球粒陨石原库的高温成因关联。
劳拉·诺埃尔·加西亚（Laura Noel García）|胡安·奥古斯丁·马基（Juan Agustin Macchi）|普扬·沈（Pouyan Shen）|卢多维克·费里埃（Ludovic Ferrière）|玛丽亚·欧亨尼娅·瓦雷拉（Maria Eugenia Varela）
阿根廷圣胡安国立大学天文、地球与空间科学研究所，CONICET，J5402DSP，圣胡安
摘要
经典研究注意到图森陨石中橄榄石颗粒与金属之间的显著界面，这些界面通常具有明确的晶体面。这一特征在铁陨石中较为罕见，尤其是在颗粒尺寸小于约100微米的情况下。传统上，这些界面被认为是由于在铁镍相（taenite，fcc）稳定区域内发生重结晶作用而形成的，橄榄石表面反映了铁镍相的立方对称性。然而，我们的研究结果表明，这些界面更符合橄榄石的异质生长机制，即橄榄石可能与金属以非外延方式共结晶。高分辨率的透射电子衍射（TKD）和扫描电子显微镜（TEM）分析显示，橄榄石与铁镍相之间的界面是纯净的、非外延的；同时存在铁镍相的亚晶粒（kamacite，bcc），以及具有溶质分配的外延铁镍相/铁镍相界面，这些现象表明在退火过程中发生了固态扩散过程和多面体化。这些发现为图森陨石可能与球粒陨石有遗传关系提供了有力证据，支持了橄榄石和金属是从星云环境中共同凝结形成的观点。
引言
图森陨石是一种难以归类的铁陨石，其特征是含有还原态的硅酸盐，主要是橄榄石（富铁橄榄石成分），被还原态的镍铁金属包裹，其中镍的含量约为9 wt%，并且硅以固溶体的形式存在，浓度约为8000 μg g?1（Bunch和Fuchs，1969；Wai和Wasson，1969）。其结构和化学成分表明，图森陨石可能是由铁镍相稳定区域（对于9 wt%的镍，温度超过约700°C，例如de Yang等人，1996）内的金属-硅酸盐混合物在剪切变形后形成的，随后经历了退火和铁镍相颗粒的生长，以及相对快速的冷却过程。
Buchwald（1975）强调了橄榄石/金属界面的重要性，指出这些界面在尺寸小于约100微米的颗粒中通常具有明确的晶体面。这一特征在铁陨石中非常罕见。这些晶体面可能并不对应于橄榄石的正交对称性，而是反映了铁镍相的立方对称性，后者是铁镍相图中的高温稳定相。Buchwald假设，在重结晶阶段（温度高于800°C且金属为均匀的镍铁相时），橄榄石-金属界面是作为铁镍相晶体结构的负印而形成的。
Kurat等人（2010）研究了一个包含透明玻璃滴的样本，其中橄榄石颗粒与金属紧密接触。他们观察到与金属接触的橄榄石晶体面发育良好且呈圆形（见Kurat等人2010年的图2c和d）。作者推断橄榄石是从含有橄榄石的液态物质中生长的，即橄榄石形成时金属已经存在。此外，由于金属也存在于橄榄石中的初级玻璃包裹体内部并包裹着硅酸盐包裹体，因此作者认为金属在图森陨石大多数成分的形成过程中就已经存在。
尽管图森陨石传统上被归类为未分类的铁陨石，但多项研究表明其起源可能与球粒陨石有关。Prinz等人（1987）观察到图森陨石及相关陨石中的金属和硅酸盐包裹体反映了星云环境中的共结晶过程，即金属和硅酸盐相在高度还原条件下从同一高温储库中同时形成。他们通过三方面的证据支持这一观点：（1）氧同位素数据表明图森陨石中的硅酸盐与其他陨石（如Renazzo、Bencubbin和Kakangari）中的硅酸盐具有相似性，表明它们具有共同的起源；（2）硅酸盐的化学成分显示其FeO含量极低，严重还原，并且挥发性元素显著缺失，这与直接从太阳气体中形成的过程一致；（3）岩石学特征显示橄榄石和辉石与金属紧密共生，没有典型的岩浆过程（如成分分区、分馏趋势或再吸收结构）的迹象；相反，橄榄石、辉石和金属呈现出均匀且高度还原的成分，表明它们是在太阳星云中同时形成的。Friedrich等人（2021年）使用三维岩石学方法揭示了图森陨石复杂的内部结构，包括橄榄石的分布和玻璃的存在，支持其在原始球粒陨石环境中部分熔化和固化的观点。Kurat等人（2010）对陨石的矿物学和化学成分进行了详细研究，得出某些金属-硅酸盐特征和同位素关系与球粒陨石来源一致，表明图森陨石是Weisberg等人（1995）和Krot（2002）定义的原始CR球粒陨石族中金属含量最高、挥发性元素最少的成员。这些作者认为硅酸盐和金属都经历了高温形成（约1800 K），随后迅速冷却，导致硅酸盐包裹体内保存了玻璃，并形成了细粒的非晶态金属。
最近的宇宙化学和同位素研究为将图森陨石与球粒陨石联系起来提供了更广泛的依据。Mo、Ru和W的同位素系统学研究表明，铁陨石可以分为两个根本不同的起源类型：碳质（CC）和非碳质（NC）谱系。这反映了早期太阳星云的大规模空间和时间异质性（Warren，2011；Kruijer等人，2017）。同时，结合天文观测、数值模拟和宇宙化学证据的新盘模型（Morbidelli等人，2024）表明，这两个储库不仅产生了未分化的球粒陨石物质，还产生了能够形成金属核心的分化小天体。这种对早期星盘动力学的重新认识扩展了图森陨石中观察到的金属-硅酸盐组合可能形成的环境范围，表明球粒陨石储库——特别是CC类型——不仅产生了还原态的硅酸盐-金属组合，还经历了局部的熔化和分化过程。
更直接的类比来自最近对未分类铁陨石的研究，这些研究证明这些陨石保留了其球粒陨石来源区域的同位素特征。Hilton等人（2019）发现南拜伦三重铁陨石（South Byron Trio）的Mo–Ru–W同位素特征与CC型球粒陨石无法区分，表明分化的金属核心也在碳质储库中形成。Spitzer等人（2025）通过对早期NC和CC类型小天体的比较研究进一步证实了这一点，他们发现尽管经历了广泛的分化，这些未分类的铁陨石仍保留了其原始的同位素特征。这些发现共同表明，铁陨石与球粒陨石之间的遗传联系比之前认为的更为普遍，而且具有强烈球粒陨石亲缘性的星云物质可以产生富含金属、成分还原的陨石。在这种扩展的宇宙化学背景下，图森陨石起源于球粒陨石储库的可能性不仅合理，而且越来越符合当前对早期太阳系储库结构和小天体演化的理解。在这项研究中，我们旨在确定橄榄石-金属界面的成分和微观结构特征，以更好地理解其形成机制及其对图森陨石起源的意义。为此，我们在橄榄石-金属界面制备了两个聚焦离子束（FIB）切片。从这些切片中提取样品后进行了FIB抛光，以获得用于透射电子显微镜（TEM）分析的样品。这些样品使我们能够使用透射Kikuchi衍射（TKD）、能量色散光谱（EDS）和TEM中的自动晶体取向映射（ACOM）进行详细分析。
样本和方法
维也纳自然历史博物馆的一个图森陨石抛光切片（Tucson 02282）被用于制备两个FIB切片，分别标记为FIB A和FIB B。这两个FIB切片来自两个不同的橄榄石/金属界面，其中橄榄石在金属上显示出清晰的晶体面。FIB A切片所在的界面如图1a所示，而FIB B切片所在的界面如图1b所示。
扫描电子显微镜（SEM）分析
对硅酸盐包裹体的SEM分析显示，小型包裹体（40–100微米）通常由单一相（橄榄石）或两相（橄榄石和玻璃）组成。在后一种情况下，橄榄石在玻璃上显示出清晰的晶体面，而其与金属的界面则呈圆形且光滑。其他小型包裹体主要由单一的橄榄石晶体组成，部分被钙贫乏、铝丰富的正交辉石覆盖。
金属中的扩散转变证据
在铁镍相（bcc）基体中，沿现有晶界存在的铁镍相（fcc）区域表明在能量有利的位点（如高角度晶界或三重结）发生了非均匀成核。这些fcc岛屿表现出晶体学上的连贯性，表现为优先取向。此外，fcc岛屿具有M形的镍分布特征，即fcc区域内镍含量较高，而相邻的bcc区域内镍含量较低。这表明
结论
我们的研究结果支持以下假设：图森陨石中的橄榄石和金属是通过共同前体共结晶形成的，它们之间的化学相互作用最小。橄榄石和金属之间异常干净、平滑的界面，以及缺乏反应层或显著的硅富集现象，表明它们是同步结晶的，而不是后来机械包裹或掺杂的结果。橄榄石/金属对没有表现出外延生长。
CRediT作者贡献声明
劳拉·诺埃尔·加西亚（Laura Noel García）：撰写初稿、方法论设计、研究实施、数据分析、概念化。胡安·奥古斯丁·马基（Juan Agustin Macchi）：方法论设计、研究实施、资金获取、数据分析。普扬·沈（Pouyan Shen）：撰写与编辑、数据分析。卢多维克·费里埃（Ludovic Ferrière）：资源提供。玛丽亚·欧亨尼娅·瓦雷拉（Maria Eugenia Varela）：研究监督。
利益冲突声明
作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：加西亚博士报告称得到了鲁昂诺曼底大学（University of Rouen Normandie）的财务支持；马基博士报告得到了欧洲区域发展基金（European Regional Development Fund）的财务支持；加西亚博士还报告得到了诺曼底地区（Normandy Region）的财务支持；如果存在
致谢
本工作得到了欧洲区域发展基金（ERDF）通过HYDROMEB和SAT UP项目的支持。诺曼底地区（Normandy Region）通过RIN Tremplin FusionSATMET项目提供了财务支持。加西亚博士感谢鲁昂诺曼底大学（University of Rouen Normandie，项目BQRI 2024 'IGNITE'）为她提供了在GPM期间的支持。
