地外物质中铂族等亲铁元素的分析及应用

长久以来，对于陨石金属相的全岩研究主要使用中子活化分析方法（INAA），该方法具有灵敏度高、无损样品及制样简单等优点，但它无法测定所有铂族元素（PGEs）。随着分析技术的发展，电感耦合等离子质谱（ICP-MS）越来越广泛地应用于地质学领域，但在地外物质的应用中研究较少。 本论文在分析方法上，首先在国内开展了球粒陨石金属相和铁陨石的主、微量元素的ICP-AES和ICP-MS实验分析方法研究，对四块球粒陨石的金属相以及四块铁陨石进行了分析，初步讨论了星云凝聚和小行星热变质中亲铁元素的变化特征，进一步揭示了星云的凝聚过程、以及铁陨石的结晶过程。对新发现的乌拉斯台铁陨石所做的研究表明，该陨石和新疆陨石可能为成对陨石。并将研究延伸到地外撞击事件的研究中，通过对浙江煤山P/T界线层的样品进行分析，对当时的生物大灭绝事件给出了合理解释。 乌拉斯台铁陨石是在我国新疆新发现的一块铁陨石，其发现地点距离新疆铁陨石（Armanty）约130公里。我们应用ICP-MS分析了乌拉斯台铁陨石（IIIE），以及新疆铁陨石（IIIE）、南丹铁陨石（IIICD）和Mundrabilla铁陨石（IIICD）的全岩组成，结果显示和参考文献有很好的一致性，证明了该分析方法的可行性。我们对乌拉斯台铁陨石进行了系统的岩石学、矿物学、以及微量元素分析，该陨石的岩石结构属于粗粒八面体，铁纹石带宽为1.2  0.2 mm。合纹石以各种微观结构大量存在于该陨石中。陨磷镍铁矿以富镍（30.5-55.5%）的形式出现在合纹石中，或者与陨硫铁，陨硫铬铁矿等共生。并通过计算获知该陨石的冷却速率约为20℃/Myr。其岩石矿物学特征和全岩组成和新疆铁陨石相似，二者都落在IIIE化学群的范围，因此，我们将乌拉斯台铁陨石划分为IIIE化学群，并初步认为和新疆铁陨石是成对陨石。同时，对吉林球粒陨石（H5）、安龙球粒陨石（H5）、以及南极陨石GRV 9919（L3）和GRV 021603（H3）四块球粒陨石金属相进行的研究显示，球粒陨石金属相的亲铁元素配分模式主要与元素的挥发性相关，具有难熔元素基本上平坦分布，而中等和强挥发性元素随其挥性的增高而趋于贫化的特征。 铂族元素的研究不仅在讨论星云凝聚过程中亲铁元素的分异、金属-硅酸盐分异与核-幔的形成，以及金属熔体的结晶分异方面有着重要的意义，对于讨论地外物质的示踪也有着重要的作用。铂族元素在地壳中高度亏损，但在大部分地外物质中富集，因此通常将Ir的异常已否作为是否有地外物质加入的重要依据之一。距今2.51亿年前的二叠纪-三叠纪（P/T界线）时期，发生了地质历史上最大规模的生物灭绝事件，然而对于该事件的诱因却一直存有争议，主要存在两种观点：“地外撞击”和“火山喷发”。我们使用锍镍火试金和同位素稀释法，结合Te共沉淀， 应用ICP-MS分析技术，对我国煤山二叠纪-三叠纪界线层的样品进行了Ir、Ru、Rh、Pt和Pd的测定。火试金方法结果显示Ir的含量为0.053 ng/g，而同位素稀释法对P/T界线事件层样品的分析结果显示，Ir的含量在0.005-0.028 ng/g，两种分析方法的结果均显示没有Ir的正异常。将PGE使用碳质球粒陨石标准化后，整个配分模式呈现出高度分异，Ir/Pd的比值为0.02-0.03CI，明显不同于各类陨石。相反，该界线层样品的PGE配分模式和西伯利亚玄武岩（甚至也可能和峨眉山玄武岩）相似，证明了该界线层样品中的PGE可能来源于玄武岩。P/T界线层样品中PGE的含量从富含黄铁矿的壳层24f向26层呈上升趋势，且在26层为最大值，然后在28层回落，这种趋势可能暗示了玄武岩最大规模的喷发可能出现在26层。该结果有力地证明了P/T界线时期的生物灭绝事件与火山喷发的相关性，给一直存有争议的二叠纪-三叠纪生物灭绝事件提供了新的证据。