北京
论文信息：周迪圣，胡森*，Akira Yamaguchi，何会存，张岳，Magali Bonifacie，郝佳龙，杨蔚，林杨挺. A light chlorine isotopes reservoir on Mars[J]. Earth and Planetary Science Letters, 2026. 695, 120370. DOI: 10.1016/j.epsl.2026.120370.
火星地表的水和挥发分对于揭示火星地质、宜居环境和气候演化历史至关重要。约39亿年前由于火星地磁场消失，火星大气受太阳风侵蚀导致大气/地表水逐渐丢失，水和挥发分的轻同位素向太空逃逸，大气中的水和挥发分逐渐富集重同位素。火星车原位探测和火星陨石的分析数据均显示当前火星大气中的氢（H）和氯（Cl）富集重同位素（δD=5000-6000‰，δ37Cl=2-4‰）。近期有学者报道4.72亿年前形成的火星陨石Yamato 980459（Y98）记录了一个中度氢同位素富集的水储库，该储库的氢同位素组成仅有~3000‰，明显低于其他年轻火星陨石记录的火表氢同位素组成，说明Y98可能经历了与其他火星陨石不同的水岩作用，原因不明。
针对这一问题，中国科学院地质与地球物理研究所、南京大学、日本极地研究所和法国IPGP联合团队对火星陨石Y98开展了熔体包裹体，基质玻璃和撞击玻璃的挥发分含量（H2O，F和Cl）与氢和氯同位素综合研究（图1）。Y98目前被认为是最原始和最接近火幔成分的火星陨石，被划分为含橄榄石斑晶质辉波无球粒陨石。该陨石有别于其他火星陨石，主要由橄榄石斑晶、铬铁矿、辉石和大量的玻璃基质组成，未见长石，说明该陨石在火星上经历过快速的喷发和淬火过程。他们的研究发现，Y98中的熔体包裹体明显富氘（D，δD = 415-5226‰），橄榄石包裹的熔体包裹体（δD = 2607-5226‰）比铬铁矿中的熔体包裹体（δD = 415-1289‰）更富氘，且更贫水（图2）；橄榄石中的熔体包裹体与基质玻璃都含有少量的氟和氯（图3），氯同位素组成为-1.4到6.1‰（图4）；相比，撞击玻璃明显更富水（886-4849 μg·g-1），且其氢同位素都集中在4000-5000‰范围（图2）。更有意思的是，撞击玻璃与熔体包裹体和基质玻璃相比具有明显贫氟和富氯的挥发分特征（图3），且氯同位素只有-10.6‰到0.9‰（图4），氯含量与氯同位素呈现负相关性（图4）。
图1 Y98中（a）撞击熔融囊，（b）撞击玻璃，（c）和（d）熔体包裹体和基质玻璃的岩相图。MI: 熔体包裹体，Chm:铬铁矿，IG撞击玻璃，Px:辉石，Ol:橄榄石，GG:基质玻璃，Recryst.:重结晶物质
图2 Y98中熔体包裹体、基质玻璃和撞击玻璃的水含量和H同位素组成图。Melt inclusion: 熔体包裹体，impact glass:撞击玻璃，Groundmass Glass:基质玻璃
综合新的氢-氯同位素与挥发分含量数据，他们认为Y98经历过两期水岩作用，Y98在喷发过程中，其母岩浆已经受到了火表水的混染，导致熔体包裹体呈现富D且不均一的氢同位素特征，此时的火表水已经极度富氘，与其他火星陨石记录氢同位素相当，说明前人推测的中度富集的火表水储库并不存在。Y98撞击熔融囊中的玻璃记录了另一期水岩作用。在该熔融囊形成过程中，撞击导致该熔融囊强烈脱气，80%的氟已经完全丢失，说明撞击玻璃记录的富水和富氯特征来自后期的水岩作用。根据氯同位素与氯含量的负相关性，以及挥发分的分布特征，结合Y98撞击玻璃中的氯与火幔具有相同的同位素特征，他们推测火星岩浆去气可以为火表提供轻的水和氯，与火表水储库混合后，可以形成相对富氘、且贫37Cl的水储库（图5），说明火星的大气逃逸与岩浆作用共同塑造了火星的气候演变（图5）。
图3 Y98中熔体包裹体、基质玻璃和撞击玻璃的F，Cl含量关系图。
图4 Y98中熔体包裹体、基质玻璃和撞击玻璃的Cl含量和同位素关系图
图5 火星富集轻氯同位素储库形成过程示意图
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