橄榄石是从玄武岩浆中结晶出来的最早的矿物,准确了解第一过渡行元素(FTRE)Ga和Ge的橄榄石/熔体分配系数(DOl-melt)是行星玄武岩成岩过程定量建模所必需的。许多实验研究都集中于此主题,但大多数研究都集中在橄榄石中发现的微量元素上,并且许多这些实验中的氧逸度(fO2)通常被设计成与地球地幔中发现的氧逸度相似。

橄榄石实验为月球玄武岩的形成提供了新的见解

然而,对于涉及在月球、火星和小行星等其他岩石行星体上形成玄武岩的应用,玄武岩形成过程中的氧逸度范围很广,从低于铁-方铁矿缓冲区2个对数单位(本文称为IW-2)到IW+6。此外,与陆地玄武岩相比,月球玄武岩通常富含铁。

为了评估氧逸度和铁含量对FTRE、Ga和Ge分配系数的影响,JiejunJing博士(爱媛大学JSPS博士后研究员)与爱媛大学以及荷兰、中国和德国其他大学的同事合作,使用气体混合炉在1个大气压下进行了一系列高温实验(约IW-2至IW+5.5)。

结果表明,大多数DOl熔体对本体系统铁含量没有敏感性,但实验中DOl熔体Cr明显高于月球样品中橄榄石-熔体包裹体对得出的DOl熔体Cr,且FeO含量高得多。在高于IW缓冲区的氧逸度范围内,DOl熔体Ni值几乎保持不变,但当系统铁金属饱和(低于IW缓冲区)时,Ni值突然下降。

利用新得出的分配系数,作者重新评估了月球玄武岩形成的两个方面。首先,他们得出结论,与陆地玄武岩相比,月球玄武岩中橄榄石的富铬性质必须归因于月球玄武岩的堆积地幔源的铬性质,这与月球岩浆海中贫铬矿物橄榄石和正辉石的早期结晶有关,从而形成了浅层富铬堆积体。

其次,高钛月球玄武岩中的橄榄石具有比低钛月球玄武岩中的橄榄石更高的Co/Ni比,这表明前者是在月球地幔的还原条件下形成的(在IW缓冲区之下,充满金属)。