灶神星(Vesta)是小行星带第二大的天体，被认为再太阳系早期（前3个Ma）经历了大规模的熔融和岩浆洋过程。这些全球性的岩浆洋过程重塑了类地行星的化学储库，对行星的分异起了至关重要的作用。钙是太阳系中的主量元素（球粒陨石全岩的Ca含量大于1%wt.），可以很好的代表行星的成分。并且Ca作为一个亲石元素，在行星核幔分异过后全部进入硅酸盐部分（包含壳部和幔部），其同位素变化可以示踪岩浆演化和壳幔分异过程。另外，Ca也是一个难熔元素，不会蒸发，所以Ca同位素也可以作为一个很好的示踪剂，检验行太阳系物质之间的亲缘关系。

       目前我们人类所掌握的灶神星样品主要包括howardite–eucrite–diogenite (HED)和mesosiderite陨石，本文主要通过对以上陨石样品高精度的Ca同位素分析，来了解灶神星的起源和演化，以及灶神星和其他类地行星的前提物质组成。对于Ca稳定同位素的测量，TIMS和MC-ICP-MS均可实现。值得注意的是，⁴⁰K-⁴⁰Ca放射性衰变体系会导致子体40Ca的累积。目前TIMS的方法无法避免测量⁴⁰Ca，可能会影响最后⁴⁰Ca/⁴⁴Ca同位素比值的准确度，尤其是年龄古老和高K/Ca的样品。而MC-ICP-MS通过测量⁴²Ca-⁴³Ca-⁴⁴Ca可避免这一问题。但是MC-ICP-MS对元素全电离的特点则对提纯Ca的化学流程提出了更高的要求。

       本文所有的实验分析工作（包括元素含量和Ca同位素）在武汉上谱分析完成，一系列标样和重复样的测量结果（也排除了稀土元素带来的干扰）保证了高质量的数据。数据结果如图1：Eucrites和Diogenites具有变化的Ca含量和Mg#，两者均和δ^44/40Ca值相关，并且Eucrites具有非常均一的δ^44/40Ca值0.83 ± 0.04 ‰ (2SD, n = 9)，并且低于diogenites的 1.01 ± 0.05 ‰ - 1.16 ± 0.03 ‰。Howardites和mesosiderites也具有类似eucrites的Ca同位素组成。‘

图1 Eucrites和Diogenites的Ca同位素组成及其和化学成分的相关关系。

       根据Eucrites（玄武岩）和Diogenites（斜方辉石岩）的矿物学成分，两者之间的Ca同位素差异可以很好的解释为OPX的结晶过程，因为OPX相对于熔体富集重的Ca同位素。图1的Ca同位素演化模型显示，Eucrites和Diogenites可以直接从同一个岩浆熔体中结晶出来，并且先结晶出的Diogenites因为Ca含量太低，不会影响后续结晶的Eucrites的Ca同位素组成。这一结果对Eucrites和Diogenites之间的岩石学关系有着重要的意义，即两者有共生关系，可能从同一岩浆中结晶出来。Howardites和mesosiderites类似eucrites的Ca同位素组成则验证了，Howardites确实是由eucrite和diogenite混合而成，以及mesosiderite的硅酸盐部分来源于灶神星。

       Eucrite作为高演化程度的岩浆母体，可以代表Vesta母岩浆的Ca。同时Vesta有着加厚壳部，并且壳部主要由howadite组成，类似eucrite的Ca同位素。据此，我们认为eucrite的Ca同位素（δ^44/40Ca = 0.83 ± 0.04 ‰）可以大致代表Vesta整体的Ca同位素组成。但是我们发现，地球（δ^44/40Ca = 0.94 ± 0.05 ‰），火星（δ^44/40Ca = 1.04 ± 0.09 ‰），灶神星三个太阳系内部（木星以内）的行星具有不均一的Ca同位素组成（图2）。由于Ca的性质使其在核幔分异和挥发份亏损过程中同位素不发生分馏，可以得出结论：三个分异型行星之间的Ca同位素差异可能来源于它们不同的前体物质。三者形成于太阳系中不同的区域，其前体物质经历了差异性的冷凝过程，赋予了他们不同的Ca同位素组成。

       最后，我们也注意到，地球和灶神星具有跟球粒（碳质球粒陨石和普通球粒陨石）不同的Ca同位素组成（图2），说明地球和灶神星不太可能由类似球粒的物质吸积而形成，这于前人结论不同（Amsellem et al., 2017 EPSL）。在未来，针对这一问题，我们也希望研究顽火辉石球粒陨石中球粒的Ca同位素组成，因为顽火辉石球粒陨石具有和地月系统类似的同位素组成。

图2 太阳系物质的Ca同位素组成。大圆点为球粒陨石全岩Ca同位素数据，CC, OC, EC-碳质球粒陨石，普通球粒陨石，顽火辉石球粒陨石；小圆点为球粒(chondrules)Ca同位素数据；菱形为Vesta陨石Ca同位素数据；三角形为各行星的玄武岩Ca同位素数据。

       以上成果发表在Geophysical Research Letters

       作者贡献：朱柯(布里斯托大学)设计了这个项目；徐伟彪(紫金山天文台)提供了实验经费；惠鹤九(南京大学)、李世杰(贵阳地化所)和徐伟彪提供了样品；Martijn Klaver(明斯特大学)完成了数据模型计算；陈璐(上谱)收集了元素含量和Ca同位素数据；朱柯撰写了论文；所有其他作者也阅读修改了论文。

       原文信息：Zhu, K., Hui, H., Klaver, M., Li, S.-J., Chen, L., & Hsu, W. (2023). Calcium isotope evolution during differentiation of Vesta and calcium isotopic heterogeneities in the inner solar system. Geophysical Research Letters, 50, e2022GL102179. 

       原文链接：https://doi.org/10.1029/2022GL102179