中国第一个陨石坑里的新发现 —“毛河光矿”

北京高压科学研究中心束今赋研究员与广州地球化学研究所陈鸣研究员带领的团队通过对我国的第一个陨石坑—岫岩陨石坑中岩石和矿物的冲击变质效应分析，发现了一种新矿物——一种超尖晶石结构的MgFe₂O₄相。这个新发现的天然矿物具有重大科学意义，为此该团队用享誉世界、国际高温高压领军人物、美藉华裔科学家毛河光院士命名。该重要高压新矿物已获得国际矿物学协会（IMA）新矿物命名及分类委员会（CNMNC）投票通过，正式获得批准命名为“Maohokite”（ 矿物编号：IMA No. 2017-047）， 中文名：”毛河光矿”。相关论文发表于近期的《陨石学及行星科学》。

对于任何一种矿物的命名都必须在自然中找到该矿物的原型，比如橄榄石，石英等。然而对于我们现在能达到的地球内部区域非常有限，有大量的高温高压矿物存在于地幔深部，然而大部分这些深部矿物经历漫长的地质活动难以被带到地球表面而被保留下来。因此，我们对于地球深部天然矿物的了解，主要通过高温高压实验合成和地球物理分析途径。经历了星球碰撞的岩石，如冲击变质陨石和地球陨石坑岩石为我们提供了获得天然高压矿物的重要来源，如柯石英，斯石英，金刚石、阿基墨石、镁铁榴石、林伍德石，布立基曼石等等，这些高压矿物被认为是地球深部的重要物质组成。通过实验模拟这些深部矿物的形成条件我们就可以推测他们在地球内部的位置及推测对应的地球深部的温度压力条件。

广州地球化学研究所与北京高压科学研究中心合作对岫岩陨石坑冲击变质矿物的分析，发现了新矿物“毛河光矿”。通过成份，结构等的表征，发现该新矿物具有与镁铁矿MgFe₂O₄相同的化学组分，然而具有更致密的结构—超尖晶石结构，证实这是镁铁矿的一种高压相（Meteorit. Planet. Sci. doi：10.1111/maps.13222, 2018）。“毛河光先生等人早年在实验室中合成了镁铁矿的高压相，但一直没有在自然环境中找到对应的天然原石”，束今赋研究员提到。

“除了在所研究的岩石中不仅有高压相的“毛河光矿”，还有低压相镁铁矿。从高压，低压相的共存，这是由于陨石撞击过程引起的高压持续时间十分短暂，形成纳米尺度的“毛河光矿”，陈鸣研究员说到。除了“毛河光矿”，陈鸣带领的团队还在此次研究的铁白云石中发现了天然的纳米金刚石。“通常情况下天然金刚石的产生都由于碳酸盐熔体与金属铁等还原剂发生化学反应的结果”， 陈鸣等认为：“这意味着铁白云石这种铁镁碳酸盐在撞击产生的高温高压下发生亚固态自氧化还原反应生成纳米尺寸的金刚石，同时伴随着二价铁被氧化为三价铁而生成了 “毛河光矿”（MgFe³⁺₂O₄）”。所以他们发现了天然金刚石形成的新机理（PNAS, 115, 2676-2680 (2018)）。

在这个陨石坑里，还发现了大量高温高压矿物如柯石英（SiO₂）莱氏石（ZrSiO₄），还有金红石（Ⅱ）等。通过对与“毛河光矿”共存的其他高压矿物生成条件的对比，陈鸣等人估算出了“毛河光矿”的生成条件为25-45 GPa， 800-900℃。“此条件刚好对应地球的下地幔。根据现有的地球矿物模型，组成地幔的主要矿物是布里基曼石和铁方镁石，这两种矿物中的铁元素都是二价的，而毛河光矿是一种三价铁的高压矿物。因此天然“毛河光矿”的发现为下地幔三价铁的存在提供了有力证据。既然其他两种主要矿物中的铁是二价的，那也说明“毛河光矿”是下地幔矿物三价铁的主要载体并且是下地幔中潜在的重要矿物组成之一”，陈鸣研究员解释说。“根据IMA要求在批准矿物命名的两年内在一国际学术刊物发表相关论文。这个矿物现在落实了（Meteorit. Planet. Sci. doi：10.1111/maps.13222, 2018）”，陈鸣研究员补充道。

毛河光先生认为：广州地化所陈鸣研究员与北京高压科学研究中心束今赋研究员等的合作研究主要有三个方面的重要意义：一个是发现了毛河光矿，另一个发现了纳米金刚石，再一个更有意义的是发现天然金刚石形成的新机理.