《Geochimica et Cosmochimica Acta》：Petrogenesis and Provenance of Unique Amphibole-Bearing Carbonaceous Chondrite Almahata Sitta 202: Further Evidence for a Ceres-Sized, Water-Rich Parent Body
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碳质球粒陨石AhS 202 Xenolith经矿物学及同位素分析表明，其母星体经历水饱和变质作用（380–430°C，0.5–2.25 kbar），形成罕见蛇纹石-磁铁矿-绿泥石组合，推断母星体直径600–1875 km，挑战现有陨石分类体系，显示与CR型陨石同源但形成环境不同。
Cyrena A. Goodrich | Victoria E. Hamilton | Michael E. Zolensky | Noriko Kita | Issaku Kohl | Lauren Tafla | Robert J. Macke | Takahiro Hiroi | Yoko Kebukawa | Wayne Buckley | Jacob B. Setera | Justin I. Simon | Allan H. Treiman | Jennifer S. Gorce | Harold C. Connolly Jr. | Anna M. Fioretti | Edward Young | Qing-Zhu Yin | Audrey M. Miller | James Martinez | Muawia H. Shaddad
月球与行星研究所，美国宇航局（USRA），地址：3600 Bay Area Blvd, Houston, TX 77058, 美国
摘要
陨石角砾岩中的碳质球粒陨石（CC）中的捕虏体可以提供原始太阳系物质的样本，这些样本无法通过单个陨石获得，从而扩展了我们对早期太阳系中化学和同位素储库以及CC母体上早期地质过程的认识。Almahata Sitta（AhS）多组分尿石陨石中包含这样一个捕虏体，本文将其称为AhS 202。Hamilton等人（2020年）发现，与任何已知的CC陨石不同，AhS 202捕虏体含有丰富的角闪石（约12–14%体积），这是一种在水绿岩至角闪岩相变质作用中形成的含水矿物，其所需的母体直径明显大于通常推断的CC陨石直径（≤100公里）。在初步研究的基础上，我们对这种捕虏体的矿物学和岩石学特征进行了进一步分析，并对其化学成分、氧和铬同位素组成以及物理性质进行了新的研究，以进一步确定其成因和来源。研究结果表明，AhS 202的前体是球粒陨石，并在约30–100°C的温度和PH2O < 0.1 kbar的流体压力下经历了水蚀变，形成了蛇纹石、磁铁矿和绿泥石。然而，与任何已知的CC陨石不同，AhS 202还在类似于地球蛇纹石前积变的水饱和条件下经历了进一步的加热，形成了化学纯度的透辉石、次生橄榄石和透闪石。通过热力学建模并结合橄榄石-磁铁矿氧同位素测温法确定的峰值变质条件约为380–430°C和0.5–2.25 kbar。根据我们对AhS 202测得的密度2.27 g/cc，这些条件表明其母体直径应在600–1875公里之间，这与Hamilton等人（2020年）的估计结果一致。AhS 202所经历的流体辅助变质过程无法用现有的陨石岩石学分类系统来描述，因为这些系统仅认可无水变质作用；我们讨论了一种对这些材料进行分类的替代方法。氧和铬同位素组成表明AhS 202与CR球粒陨石和/或CR相关无球粒陨石具有亲缘关系，这表明它们可能来自同一个物质库。然而，岩石学特征、难熔元素组成以及极低的碳含量表明它并非形成于已知的CR球粒陨石或CR相关无球粒陨石的母体上。这一样本的存在，加上在CR球粒陨石中观察到的多个更高压力的碎屑（Kimura等人，2013年；Hiyagon等人，2016年），表明该物质库包含多个大型行星体。
引言
碳质球粒陨石（CC）保存了来自早期太阳系的一些最原始和富含挥发物的物质，这些物质形成于木星轨道之外（Kleine等人，2020年），并记录了其母行星体上发生的最早地质过程。至少存在十种不同的CC类型（CI、CM、CO、CR、CV、CK、CY、CB、CH、CL），以及许多未分类的个体，这证明了原始化学和同位素储库的多样性以及这些岩石所经历的多种母体过程。最近从C型小行星（162173）Ryugu（Nakamura等人，2022年；Nakamura等人，2022年；Yada等人，2022年）和B型小行星（101955）Bennu（Lauretta等人，2024年）返回的样本极大地增加了我们对原始碳质物质的了解，因为这些样本可以直接与小行星的光谱和物理特性相关联，并且受地球环境的污染最小。
作为捕虏体存在于几种非碳质（内太阳系）陨石角砾岩中的类碳质球粒陨石物质，包括普通球粒陨石（OC）、Rumuruti型球粒陨石（RC）、霍华德陨石和多组分尿石陨石，提供了另一种原始太阳系物质的来源（Fodor和Keil，1976年；Fodor等人，1976年；Keil和Fodor，1980年；Nozette和Wilkening，1982年；Prinz等人，1987年；Brearley和Prinz，1992年；Zolensky等人，1996年；Sears，1998年；Ikeda等人，2000年；Ikeda等人，2003年；Gounelle等人，2003年；Gounelle等人，2005年；Bischoff等人，2006年；Goodrich等人，2004年；Goodrich等人，2019年；Goodrich等人，2023年；Rubin和Bottke，2009年；Greshake，2014年；Patzek等人，2018年）。这些捕虏体代表了可能无法通过陨石直接带到地球的碳质母体，或者由于过于脆弱而无法在大气层中存活的母体（Sears，1998年；Gounelle等人，2003年；Goodrich等人，2021a；Goodrich等人，2021b；Goodrich等人，2023年；Russell等人，2021年）。在这项工作中，我们描述了来自多组分尿石陨石Almahata Sitta（AhS）的一个独特捕虏体。
多组分尿石陨石是碎裂和风化层角砾岩，被认为是由尿石陨石（无球粒陨石）小行星上的风化层形成的（Goodrich等人，2004年；Goodrich等人，2015年；Downes等人，2008年；Herrin等人，2010年）。这些角砾岩中含有多种类型的捕虏体，被认为是撞击体的残余物，其中碳质球粒陨石碎屑非常丰富（Jaques和Fitzgerald，1982年；Prinz等人，1986年；Prinz等人，1987年；Brearley和Prinz，1992年；Ikeda等人，2000年；Ikeda等人，2003年；Goodrich等人，2004年；Goodrich等人，2017年；Goodrich等人，2019年；Goodrich等人，2021a；Goodrich等人，2023年；Downes等人，2008年；Horstmann和Bischoff，2014年；Patzek等人，2018年；Bischoff等人，2022年）。Almahata Sitta是一种异常的多组分尿石陨石，它于2008年由一颗约4米大小的2008 TC3小行星在苏丹上空爆炸时坠落（Jenniskens等人，2009年；Shaddad等人，2010年）。这颗小行星在大气层中解体，其碎屑以分散的石头形式落下，其中一些提供了比典型多组分尿石陨石中更大的碳质球粒陨石样本。独特的C1碎屑AhS 91A就是其中之一（Goodrich等人，2019年），AhS 202（Hamilton等人，2020a，2021年）是另一个例子。
Hamilton等人（2020a，2021年）报告了在AhS 202中发现大量透闪石的显著现象。角闪石类矿物是典型的水合硅酸盐，在地球上的水绿岩至角闪岩相变质岩中发现，但在陨石中极为罕见。虽然许多CC陨石在约30–100°C的温度和PH2O < 0.1 kbar的压力下经历了水蚀变（Brearley，2004年；Brearley，2006年），有些则被加热到更高温度并脱水（Tonui等人，2014年；Davidson等人，2014年；King等人，2019年；Schrader等人，2025年），Hamilton等人（2020a，2021年）推断AhS 202在400–500°C的中等温度和0.5–2 kbar的压力下经历了长时间的水合变质。这些压力估计表明AhS 202的母体直径必须大于大多数CC陨石所推断的≤100公里（Brearley，2006年），估计为640–1800公里，即与谷神星的大小相当。
在本文中，我们详细描述了AhS 202捕虏体的矿物学和岩石学特征、整体化学和有机成分、整体和矿物氧同位素组成、铬同位素组成、密度、孔隙率以及可见光到红外反射光谱。我们利用这些数据来研究AhS 202的水蚀变和变质历史，精确确定峰值温度和压力，并改进对AhS 202母体大小的估计。我们进一步探讨了AhS 202的来源、其与CR球粒陨石的潜在亲缘关系，以及这对早期太阳系中CR物质库的意义。
样本
喀土穆大学（UoK）提供的AhS 202样本（图1）总质量为20.057克（Shaddad等人，2010年）。本研究中研究的AhS 202子样本汇总在表1中。我们最初获得了约50毫克样品，并用环氧树脂将其制备成一个小抛光切片（约8.6平方毫米）。我们使用这个AhS 202的抛光切片进行了Hamilton等人（2020a，2021年）报告的矿物学和岩石学研究。在这些出版物中，我们仅将该切片称为...
方法
我们使用了多种分析技术来研究AhS 202，具体方法详见表1。我们还使用ImageJ和XMap Tools软件进行了图像处理，并使用Thermocalc和Perple_X软件进行了热力学建模。所有方法在补充材料1中有详细说明。
矿物学和岩石学
AhS 202的主要岩石学特征在Hamilton等人（2020a，2021年）的研究中已有描述，基于AhS 202–1切片。在这里，我们基于四个切片（AhS 202–1、202A、202B和202C；表1）提供了AhS 202的全面岩石学概述，并对之前观察到的特征进行了更详细的描述。整个切片的X射线图和背散射电子图像（BEI）拼贴图显示在图2和补充材料10中。AhS 202–1切片的熔融边缘厚度≤90微米。AhS 202的分类
根据其独特的矿物学特征，特别是丰富的透闪石，AhS 202被归类为未分类的CC（Hamilton等人，2020a，2021年）。任何类型的角闪石在CC陨石中都极为罕见，之前的报道仅在CV3oxA Allende中发现了微量角闪石（Brearley，1997年），以及在CR QUE 99177中的一个来源不明的捕虏体中发现了少量帕加石（Abreu，2013年）。根据Van Schmus和Wood（1967年）的岩石学类型分类标准（图22a）...结论
AhS 202是一种先前未知的碳质球粒陨石类型，是在Almahata Sitta多组分尿石陨石中作为一个约20克的碎屑发现的。我们进行了多种类型的分析以了解其成因和来源。我们的主要结论如下：
•AhS 202的前体是球粒陨石，并经历了低温下的母体水蚀变，类似于许多CC陨石。然而，与任何已知的CC陨石不同，AhS 202随后在水饱和条件下经历了更高温度的加热
未引用的参考文献
Clayton等人，1991年；Hamilton等人，2020年；Hiroi等人，2023年；Holland和Powell，1991年；Holland和Powell，2011年；Hsu，2006年；Jenniskens等人，2014年；Kebukawa等人，2023年；Kimura等人，2016年；Krot等人，1998年；Lauretta等人，2024年；Nakamura等人，2022a；Nakamura等人，2022b；Nelson和Roy，1953年；Ramsey和Christensen，1998年；Rogers和Aharonson，2008年；Russell等人，2022年。CRediT作者贡献声明
Cyrena A. Goodrich：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，监督，项目管理，资金获取，正式分析，数据管理，概念化。Victoria E. Hamilton：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，可视化，调查，正式分析。Michael E. Zolensky：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 初稿，调查，数据管理。Noriko Kita：。Issaku Kohl：调查。Lauren Tafla：利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。致谢
我们感谢John Valley为SIMS选择了潜在的角闪石标准样品，Michael Spicuzza进行了透闪石标准样品的激光氟化氧同位素分析，Drae Rogers准备了透闪石标准的抛光环氧树脂载体，Jen Barosch和Kei Shimizu进行了透闪石标准的SIMS分析，Kohei Fukuda在Wisc-SIMS中提供了SIMS和EMPA方面的帮助。我们还要感谢Loan Le和Kent Ross在SEM和EMPA方面的帮助，以及Roy Christoffersen在TEM方面的帮助。
