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邓晰、康晋霆,July 23, 2026
铷（Rb）是研究行星挥发分演化的重要元素。它既是亲石碱金属，又属于中等挥发性元素，在行星高温演化过程中容易丢失。地球、月球、火星和灶神星等天体普遍具有低于球粒陨石的Rb/Sr比值，暗示Rb在早期经历了选择性亏损。因此，行星物质中的Rb含量及其同位素组成可用于记录早期行星形成、分异和挥发分迁移的热历史。然而，Rb在高温挥发过程中的同位素分馏行为目前仍缺乏充分的实验和理论约束。
近期，中国科学技术大学黄方教授团队联合中国科学院紫金山天文台等单位，对来自全球四大散落区的14件玻璃陨石开展了高精度Rb同位素组成研究，为撞击挥发过程中Rb元素迁移和同位素分馏行为提供了新的认识。
研究对象：为什么选择玻璃陨石？
玻璃陨石（tektite）是地表岩石在天体超高速撞击下快速熔融、淬冷形成的天然玻璃，相当于保存了极端撞击过程的“天然实验记录”，因此是研究元素挥发和同位素分馏的理想样品。过去的研究表明，玻璃陨石中的Cu、Zn和Ga等中等挥发性元素发生了明显挥发丢失，并因轻同位素优先进入气相而富集重同位素。然而，同样是中等挥发性元素，Rb同位素在地表下的冲击挥发分馏行为仍不清楚。本研究对来自世界各地的11件玻璃陨石样品开展全岩Rb同位素分析，同时结合微钻取样技术，对3件澳亚玻璃陨石进行了边部—中心—边部的Rb同位素剖面分析，试图直接寻找撞击挥发留下的内部空间记录（图1）。
图1 玻璃陨石手标本照片及内部剖面取样位置
玻璃陨石具有均一的Rb同位素组成
如图2所示，3件用于原位分析的玻璃陨石Rb含量沿边部–中心–边部剖面变化十分有限，未表现出明显的边部亏损；相应δ87Rb也具有高度均一性，整体变化范围为−0.16 ± 0.01‰至−0.09 ± 0.03‰（2SD）。这种空间上的同位素一致性排除了扩散作用的影响。14件玻璃陨石的全岩δ87Rb变化范围为−0.22 ± 0.05‰至−0.12 ± 0.03‰，平均值为−0.16 ± 0.06‰（2SD，n = 14），与上地壳平均值−0.14 ± 0.01‰在误差范围内一致。且δ87Rb与Rb含量、Rb/Sr、K/U 等挥发性指标之间均未表现出明确相关性（见图3）。另外，挥发改造程度较弱的Muong Nong型玻璃陨石，其Rb含量和同位素组成也与普通型玻璃陨石一致。这些结果共同表明，本研究所分析的玻璃陨石没有发生明显的Rb同位素分馏，Rb元素亏损十分有限。
图2 三件澳亚玻璃陨石内部的Rb含量和δ87Rb剖面
图3 不同玻璃陨石的元素组成及挥发性特征
为进一步解释玻璃陨石形成过程中Rb的挥发行为，本研究结合热力学–动力学模型，对三种典型挥发性元素Zn（726 K）、Rb（800 K）、K（1006 K）（括号内为半凝聚温度）在地表大气压力和氧化条件下的相对挥发性进行了比较。结果表明，挥发性顺序：Zn ≫ Rb ≥ K（图4）。这一顺序与天然样品的特征一致：Zn常表现出明显亏损和重同位素富集，而Rb和K的元素及同位素变化均较为有限。因此，玻璃陨石中缺乏显著的Rb同位素分馏，更可能反映Rb在地表高氧逸度撞击条件下较弱的挥发性。
图4 Zn、Rb和K的模拟挥发行为，显示其相对挥发性顺序为Zn ≫ Rb ≥ K
结论与启示
在天体化学中，半凝聚温度是表征元素挥发性特征的关键参数。K、Rb和Zn的半凝聚温度依次为：Zn（726 K）＜ Rb（800 K）＜ K（1006 K）。然而，在地表高氧逸度条件下，冲击挥发过程引发的同位素分馏幅度呈现Zn ≫ Rb ≈ K的特征。该现象表明，Rb元素的挥发会受到高氧逸度抑制；由此推断，在月球、小行星等还原性环境中，Rb同位素的挥发分馏效应可能远强于地球、火星等高氧逸度行星体。同时本文指出粒径更小、形成过程更复杂的微玻璃陨石（microtektite）可能在撞击羽流中经历更显著的蒸发、凝聚和物质混合，可能引起可观测的Rb同位素分馏。未来开展微玻璃陨石的系统研究，将有助于进一步揭示撞击羽流中Rb元素及其同位素的迁移与再分配过程。
以上研究成果以“The behavior of rubidium during evaporation: evidence from element and isotope compositions of tektites”为题，接收发表在地球化学领域著名学术期刊 Geochimica et Cosmochimica Acta 上。中国科学技术大学博士研究生邓晰同学为论文第一作者，康晋霆副教授为通讯作者。共同作者包括李沛毅博士研究生（紫金山天文台）、蒋云副研究员（紫金山天文台），汤浩岚特任教授（中国科大）、肖阳（四川创源微谱科技有限公司）以及黄方教授（中国科大）。该研究得到了国家自然科学基金（42330101、42473008、42578006）和安徽省杰出青年科学基金（2408085J021）等项目资助。
文章信息
Xi Deng, Jin-Ting Kang*, Pei-Yi Li, Yun Jiang, Haolan Tang, Yang Xiao, and Fang Huang. The behavior of rubidium during evaporation: evidence from element and isotope compositions of tektites. Geochimica et Cosmochimica Acta, in press.
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