摘要：2025年5月2日《美国国家科学院院刊》发表的一项研究，通过分析陨石的硫同位素组成，探讨了地球"硫"的来源。 研究发现，代表内-外太阳系的铁陨石在硫同位素组成上存在显著差异，并推断地球约76%的硫来源于内太阳系，约24%来自外太阳系。 这种硫同位素差异仅在经历
【导读】2025年5月2日《美国国家科学院院刊》发表的一项研究，通过分析陨石的硫同位素组成，探讨了地球"硫"的来源。 研究发现，代表内-外太阳系的铁陨石在硫同位素组成上存在显著差异，并推断地球约76%的硫来源于内太阳系，约24%来自外太阳系。 这种硫同位素差异仅在经历熔融过程的陨石样品中稳定存在，而原始陨石则表现出复杂的同位素变化。 该研究为追溯地球挥发性元素来源和理解早期太阳系物质分布与吸积过程，提供了重要线索，并扩展了利用硫同位素体系研究行星物质来源的框架。
地球上的碳(C)、氢(H)、氮(N)、氧(O)、磷(P)、硫(S)等挥发性元素，是构成生命不可或缺的关键组分，它们的丰度和来源深刻影响了地球的物理结构、化学演化乃至宜居性。然而，这些“生命基石”尤其是硫 (S) 元素的精确来源，长期以来困扰着科学界。科学家们通常利用地外物质 中元素的同位素异常作为“指纹”，来追溯这些物质在早期太阳系中的分布和吸积历史。这些地外物质通常被划分为两大阵营：非碳质 (NC) 物质，主要代表内太阳系的成分；以及碳质 (CC) 物质，代表富含挥发物的外太阳系成分。尽管许多元素的同位素特征已成功揭示了NC与CC物质的差异，但在硫等主要生命必需挥发性元素上，这种清晰的区分一直未能实现。
为了破解这一难题，研究团队将目光投向了“硫”元素，这是一种凝结温度约为664 K(-273.15℃=0K)的生命必需元素。他们重点分析了分异陨石中硫的非质量分馏硫同位素组成。这些分异陨石，如铁陨石和无球粒陨石，被认为是早期太阳系中经历过熔融和分异过程的星子的碎片，记录了其母体行星的化学印记。研究人员精确测量了这些陨石中硫的两种稀有同位素——硫-33 (³³S) 和硫-36 (³⁶S) 相对于最常见同位素硫-32 (³²S) 的丰度异常，分别表示为Δ³³S和Δ³⁶S。
研究发现，对于铁陨石，来自内太阳系的NC铁陨石和来自外太阳系的CC铁陨石在Δ³³S值上表现出显著差异：NC铁陨石的Δ³³S平均值为0.013 ± 0.003‰，而CC铁陨石的Δ³³S平均值为-0.021 ± 0.009‰。尽管它们在Δ³⁶S值上的区分度不高，但CC铁陨石的Δ³⁶S值也倾向于集中在较低的范围。
对于无球粒陨石，虽然由于缺乏CC类型无球粒陨石的硫同位素数据而无法直接进行NC与CC的比较，但NC无球粒陨石的硫同位素特征与NC铁陨石相似。更有趣的是，NC无球粒陨石群组的平均Δ³³S值与其他元素的核合成异常（例如铬元素Cr）相关，这些异常曾被用来定义NC物质储库内部的同位素不均一性。
对于球粒陨石，他通常被认为是太阳系最原始的物质代表。与在铁陨石中观察到的清晰的NC-CC分野不同，NC和CC球粒陨石的整体硫同位素组成（平均Δ³³S或Δ³⁶S）上，并未发现统计学上显著的区分。研究者推测，这并非意味着原始的NC和CC物质在硫同位素上没有差异，而更可能是因为球粒陨石内部硫的赋存状态极为复杂。硫在球粒陨石中可以存在于多种矿物相和有机相中，例如硫化物、硫酸盐、单质硫以及有机硫等，这些不同组分的硫同位素组成可能存在巨大差异。因此，球粒陨石的整体硫同位素组成是这些高度不均一的含硫组分复杂混合和平均的结果，可能掩盖了其原始吸积物质之间可能存在的系统性差异。这也暗示了早期太阳系原行星盘 中，原始的硫储库本身就具有高度的同位素可变性。
这可能意味着，当早期的小行星熔化时，它们各自区域内的各种原始“硫”被充分混合，形成了一种能代表该区域的、比较统一的“硫指纹”。而那些没怎么熔化的原始陨石，则保留了早期原材料多样性的原始记录。
基于这些陨石数据建立的同位素框架，研究团队进一步推断了地球硫元素的来源。通过将地球样品（通常以大洋中脊玄武岩MORB为代表）的Δ³³S-Δ³⁶S组成与NC和CC陨石的特征进行对比，他们计算出，地球上约76%的硫元素来自于内太阳系的NC物质，而约24%则来自于外太阳系的CC物质。
这项研究为硫这一关键生命元素在内、外太阳系物质间建立了清晰的同位素分野，为地球硫元素的来源提供了有力的定量约束，这对于理解地球早期挥发分的获取历史和地球宜居性的演化具有重要启示。
参考文献：E.A. Heiny,E.M. Stolper,& J.M. Eiler, Differentiated planetesimals record differing sources of sulfur in inner and outer solar system materials, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. (2025) 122 (18) e2418198122, https://doi.org/10.1073/pnas.2418198122.
来源：沉积学报