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原行星盘的同位素演化以及地球和月球的组成部分

自然体积555，页面507 - 510 (2018）引用本文

主题

摘要

太阳系天体之间核合成同位素的可变性通常被用于探测陨石群与岩态行星(水星、金星、地球和火星)之间的遗传关系，这反过来可能为了解地月系统的构建模块提供见解1，2，3.，4，5．使用这种方法，已经推断出没有原始陨石与地球的组成相匹配，因此地球和月球吸积的原行星盘物质在很大程度上是不受限制的6．然而，这一结论是基于这样一个假设，即观测到的太阳系内部天体的核合成变异性主要反映了空间异质性。在这里，我们使用难熔元素钙的同位素组成来表明，内太阳系的核合成变异性主要反映了与原始太阳早期质量吸积有关的原行星盘固体的质量无关的钙同位素组成的快速变化。我们测量的是质量无关的48Ca /44通过对来自陨石母体的陨石样品的Ca比值，以及来自灶神星、火星和地球的陨石样品的Ca比值，发现它们与母小行星和行星的质量呈正相关，这是它们吸积时间尺度的代表。这种相关性意味着在类地行星形成区原行星盘的体积钙同位素组成的长期演化。普通球粒陨石的单个球粒形成于原始太阳崩溃的100万年之内7揭示了太阳系内部质量无关的全部范围48Ca /44Ca比值，表明原行星盘的物质组成发生了迅速的变化。我们推断，这种长期的演化反映了原始的太阳系外物质混合到经过热处理的内部原行星盘中，这与原始太阳的质量增加有关。这里报告的地球和月球相同的钙同位素组成是对我们的模型的预测，如果月球形成的影响涉及到原行星或在原行星盘生命周期接近结束时完成吸积的前体。

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图1:与质量无关的μ48单个陨石球粒和大块陨石的Ca数据。
图2:μ48行星体的Ca值与其质量和最大吸积年龄的关系。
图3:盘内质量随时间的吸积率。

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下载参考

确认

该项目的财政支持由丹麦国家研究基金会(DNRF97)和欧洲研究委员会(ERC整合拨款协议616027-STARDUST2ASTEROIDS)提供给M.B.。V.A.F.感谢DFG-Eigenstelle FE 1523/3-1和皇家学会对采购卓法尔287的财政支持。我们感谢Å。Nordlund, A. Johansen和F. Moynier的讨论，以及J. Day的评论，有助于提高我们的论文质量。

作者信息

作者及隶属关系

  1. 丹麦哥本哈根大学恒星与行星形成中心和自然历史博物馆，Voldgade 5-7， Øster, DK-1350，丹麦

    马丁·席勒和马丁·比扎罗

  2. 博物馆für自然馆，莱布尼茨研究所für进化和Biodiversitätsforschung，柏林，10115，德国

    维拉·阿西斯·费尔南德斯

  3. 多姆路易斯研究所Ciências，里斯本大学，里斯本，1749-016，葡萄牙

    维拉·阿西斯·费尔南德斯

作者
  1. 马丁·席勒
    查看作者出版物

    您也可以在PubMed谷歌学者

  2. 马丁Bizzarro
    查看作者出版物

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  3. 维拉·阿西斯·费尔南德斯
    查看作者出版物

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贡献

M.S.和M.B.设计了研究和实验。M.S.进行了分析工作。所有作者都参与了数据的解释。M.S.和M.B根据V.A.F.的意见写了手稿

相应的作者

对应到马丁·席勒．

道德声明

相互竞争的利益

作者声明没有相互竞争的经济利益。

额外的信息

审核人信息自然感谢J. Day和其他匿名审稿人对本工作的同行评议所作的贡献。

出版商注:施普林格《自然》杂志对出版的地图和机构从属关系中的管辖权主张保持中立。

扩展的数据图形和表格

扩展数据图148对于不同质量的陨石母体和地球前体，行星体的Ca值与质量的关系。

一个- - - - - -c，通过数据回归(实线)和相关系数(平方)，假设一个半径为50 km，质量为米地球, 0.5米地球和0.25米地球地球的前身。d- - - - - -f，通过数据进行回归，但假设一个半径为105 km，质量为米地球, 0.5米地球和0.25米地球地球的前身。群众为愤怒的母体，灶神星和火星是一样的图2一个．

源数据

图2平均δ 3同位素图42/44Ca与δ43/44相对于标准SRM 915b, Ca用于地球，陨石母体和球粒陨石群。

实线表示由动力学质量分馏预测的质量依赖分馏。δ显示的不确定度42/44Ca和δ43/44Ca为每组分析样本均值的标准误差的两倍。对于含有单一样品的组(普通球粒陨石，CI, CM和C2-ung)，误差表示外部重现性(δ为0.05和0.03)42/44Ca和δ43/44Ca，分别)或测量的分析不确定度;取大者。

源数据

图3 δ42/44Ca值与之前的结果一致。

普通球粒陨石和火星、月球和陆地玄武岩的数据43，44，45与本研究中确定的结果进行了比较。所示的不确定度为平均值的两个标准误差。

源数据

扩展数据图4 μ48确定沙漠和非沙漠发现或瀑布的Ca值。

数据显示为火星(一个)，愤怒(b)和铀石(c陨石。灰色阴影区域表示单个样本分析的外部再现性。所示的不确定度为平均值的两个标准误差。

源数据

图5父母体质量与核合成异常的相关性50钛、54铬、62倪,145钕。

数据来自参考文献1，2，6，46，47，48，49，50，51，52，53，54．质量是相对于地球质量的，米地球．箭头表示CI类物质与盘内储层混合对同位素组成的影响，这是根据测量到的CI球粒陨石核合成特征所预测的。误差条表示平均值的95%置信水平。

源数据

扩展数据表1与质量无关的μ48Ca值和质量依赖的δ42/44Ca和δ43/44Ca数据相对于SRM 915b
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席勒，M.，比扎罗，M.和费尔南德斯，V.原行星盘和地球和月球的构造块的同位素演化。自然555， 507-510(2018)。https://doi.org/10.1038/nature25990

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