8384_8653镁镁石镁矿物和原始矿物如(*1)盐水(*2)进行精确的化学分析，我们明确了其成分和含量。
小行星龙宫是最原始的天体之一，保留了地球诞生之前整个太阳系的化学成分。各个研究小组的分析表明，水质变化（2023 年 9 月 18 日报道、2024 年 7 月 10 日报道)已变得清晰，但有关所谓“盐水的化学成分和离子成分的沉淀”的反应历史仍不清楚。
在这项研究中，我们从小行星 Ryugu 的样品中分离和鉴定了微小的碳酸盐矿物（Breunelle 石），用溶剂提取了阳离子成分，并进行了精确的化学成分分析。结果，最后与龙宫所含矿物质接触的水的阳离子成分是钠离子（Na+)被发现富含Ryugu中含有几种极其富含镁的矿物质，并且我们已经阐明了当镁从水中去除时这些矿物质的沉淀顺序。钠离子被认为充当电解质来稳定矿物质和有机物的表面电荷。
这一结果不仅揭示了早期太阳系的化学演化，而且还提供了有关原始盐水物质的重要信息以及碳质小行星上水与矿物相互作用的主要信息。
本研究的部分内容得到了科学研究资助这项工作得到了基础研究的研究资助（项目编号：21H01204、20H00202、21H04501、21H05414）、加速国际合作研究基金（加强国际合作研究、 21KK0062）、学术转型领域研究（21H05414）和特别研究员资助（21J00504）。
这一成果于2024年9月5日（日本时间）发表在科学杂志《自然通讯发布
小行星探测器“Hayabusa2”将小行星 Ryugu 中所含的布劳恩石（右下显微照片）带回地球的图片 (©JAMSTEC)
小行星龙宫 (H2O)在太阳系中徘徊时反复冻结和解冻，其中所含的矿物质，如钠(Na)、镁(Mg)和铁(Fe)被洗脱到水中，形成盐水。经过类似卤水的溶液后，认为含有镁和铁的矿物（布氏沸石）沉淀出来。通过分离矿物质并分析其成分，我们可以揭示盐水的成分和化学演化。
标题：布氏镁铝石颗粒和镁同位素化学揭示了小行星 Ryugu 水相变化过程中的阳离子分配
作者：吉村久宏1*，荒冈大辅2，奈良冈宏3，酒井三郎1，小川菜菜子1，加本尚义4，森田麻友5，小野守彦5，横山哲也6，马丁·比扎罗7，田中悟5，大河内直彦1，古贺敏树1，杰森·德沃金8，中村智树9，野口隆明10，冈崎隆3，薮田光11，坂本加奈子12，矢田达12，西村正宏12，中藤爱子12，宫崎晶子12，瑜伽田佑美12，安倍晋三12，冈田达明12，臼井宏宏12，吉川诚12，佐伯隆久12，田中聪12，照井冬人13，中泽晓12，渡边诚一郎14，津田雄一12，橘正吾12,15，高野芳树1*
1国家海洋地球科学技术局
2国立产业技术综合研究所
3国立大学法人九州大学理学院
4北海道大学理学研究科
5堀场技术服务有限公司
6国立大学法人东京工业大学理学院地球与行星科学系
7丹麦哥本哈根大学地球研究所恒星和行星形成中心
8美国 NASA 戈达德太空飞行中心太阳系探索部门
9东北大学科学研究生院
10国立大学法人京都大学理学研究科
11国立大学法人广岛大学理学院
12日本宇宙航空研究开发机构
13神奈川工业大学
14国立大学法人东海国立大学组织名古屋大学环境研究学院
15东京大学理学研究生院/理学研究生院空间与行星科学研究所
* 共同主要作者
DOI：https://doiorg/101038/s41467-024-50814-y
小行星龙宫是一颗属于C型（富碳）的原始小行星，是小行星带中最典型的小行星。早期太阳系中没有行星，原始小行星和气体散布在整个太阳系中。此后，由于行星是通过引力形成的，在小行星带内部形成的太阳系第三颗行星是地球，人们认为岩石小行星糸川和碳质小行星龙宫成为小行星带的一部分，但没有被纳入行星系统。小行星探测器隼鸟二号直接从龙宫采集样本后，许多研究小组利用尖端分析来揭示这颗小行星的各种特性、内容和历史。然而，其可溶性成分的含量、组成和化学性质仍然未知。可溶性成分中，影响水质的主要元素。到目前为止，水质演变的模拟都是使用化学模型计算进行的，但在这项研究中，我们通过关注特定矿物质的化学成分成功地恢复了水质。
阐明小行星龙宫化学演化的关键关键词是“水、有机物、矿物质和历史（热历史）”。2023 年 2 月 24 日报道：2023 年 5 月 30 日报告）。我们课题组研究构成有机物的初始状态下的碳（C）、氢（H）、氮（N）、氧（O）、硫（S）等轻元素的组成，以及原始有机物和分子演化（2023 年 3 月 22 日报道：2023 年 9 月 18 日报道）进行研究。龙宫曾经是一个含有大量水分的母体，是各种化学演化的源头（2024 年 7 月 10 日报告）。其中，水质改变(*3)引起元素的反复溶解和再沉淀。该小组预测，可以从矿物质和化学提取物的成分中观察到当时水质和物质演化的主要信息（2020 年 11 月 27 日报道）。
在这项研究中，龙宫样本 (图 1)的主要构成元素钠、镁、钙、钾等逐级提取为交换性阳离子、碳酸盐矿物、硅酸盐矿物，并利用离子色谱和高精度同位素质谱技术，对阳离子的丰度比和含镁矿物的沉淀顺序进行精密分析。结果发现，水与矿物质最后一次接触时的水质富含钠（图 2）。钠离子充当电解质，稳定矿物质和有机材料的表面电荷 (图 3)，和一些可溶性有机物(2023 年 9 月 18 日报道)和挥发性低分子有机物(2023 年 2 月 24 日报告：2024 年 7 月 10 日报道)等通过离子键形成钠盐。
此外，龙宫中含有的镁是仅次于铁的第二丰富的金属，并且我们已经阐明了富含镁的无机矿物质从水中沉淀的顺序。图 4）。小行星龙宫中的镁含量约为钠的20倍，但由于水相蚀变，镁离子优先以层状页硅酸盐和碳酸盐矿物的形式沉淀出来。相反，当镁从水中去除时，人们认为水质已经发生化学演化，变成富含钠的成分。钠和镁是地球海水中的主要盐类，并且是第一（Na+)，第二个 (Mg2+)在龙宫存在的水中大量存在，但它们也以相同的顺序作为主要成分阳离子溶解，揭示了早期太阳系中水介导的化学反应的历史。
这些是 Hayabusa2 项目 (2022 年 2 月 11 日报道)的“新鲜小行星样本”带来的一项了不起的研究成果。
图1分离小行星龙宫样本中所含的碳酸镁并分析其物质信息。 (A) 小行星 Ryugu (162173) 和 (B) 收集的初始样本（样本 ID：C0002）的照片。 (C) 从 C0002 中回收的碳酸盐矿物 Breunnerite 颗粒，主要由镁和铁组成。 (D) 测量了从红色虚线内的 C0002 中选择的微观碳酸盐，并通过高空间分辨率微量分析鉴定了 (E/F) 矿物，并进行了精确的溶液化学分析。这里开发的超微型激光显微镜分析方法是 JAMSTEC 和 Horiba Techno Service Co, Ltd 联合研究项目的一部分。
图 2 显示化学提取物中每种阳离子与镁、钙、钠和钾摩尔浓度总和的摩尔比的三角图。每个都显示浓度朝着蓝色箭头方向增加。在本研究中，使用两种类型的 Ryugu 样品（红色符号 A0106 和蓝色符号 C0107）进行分析。作为对比，坠落地球的CI陨石（Orgueil陨石，与Ryugu属于同一陨石类型）呈黄色，其他典型碳质陨石（Cung陨石（CM 陨石）以浅蓝色显示。有关用于提取的溶剂和提取物类型，请参阅右上角的图例。作为参考，整个太阳系的丰度比用星号表示。从 Ryugu 的可交换离子中回收的水质被绘制为十字符号，显示出富含钠的成分。
图 3 解释小行星 Ryugu 上阳离子、有机物和矿物质之间相互作用的概念模型。在层状页硅酸盐矿物的接触区域，由于静电相互作用，阳离子和有机化合物位于矿物表面附近，负表面电荷被钠等物质稳定。主要溶解的阳离子是Na，它是从层状页硅酸盐矿物的阳离子交换池的离子组成中回收的。
图 4 重建（模型模拟）硅酸（页硅酸盐，P）和碳酸盐（白云石，D）的沉淀顺序，它们是龙宫中含有的主要矿物，也是镁的主要宿主相。从左到右，矿物质是由溶解的镁形成的，镁首先以页硅酸盐的形式沉淀，橙色部分的白云石同时沉淀。将在产业技术综合研究所测定的碳酸盐矿物和交换性离子的镁同位素比（纵轴）作为计算的约束条件。
5。未来展望
这一成就的关键之一是极小尺度的非破坏性分析技术，以及在极小尺度、原子分子水平上高精度评估元素和同位素组成的破坏性分析技术。这些技术平台被认为不仅有助于边缘研究的连锁反应，而且有助于保证材料科学的原始信息、建立参考材料的标准化以及促进创新研究和开发的知识库的进步。
目前，国际外星样本返回项目正在进行中 (2023 年 5 月 30 日报告）。未来，作为地球诞生之前太阳系材料科学的一部分，我们希望从可溶成分的性质，包括原始离子底物和有机分子的综合基团，加深对化学演化的综合理解。