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논문 상세정보

태양계 구성물질의 산소동위원소 조성

Oxygen isotopes of the solar system materials. Journal of the Geological Society of Korea

초록

태양계 구성물질은 산소동위원소 조성에 있어 불균질하다. 산소는 태양계를 구성하고 있는 원소 중 세 번째로 풍부하며, 지구형 행성 등 태양계의 암석질 천체에서는 가장 풍부한 원소이다. 산소는 질량수가 16, 17, 18인세 안정동위원소를 가지고 있다. 암석과 광물의 산소동위원소 조성은 BrF₅ 또는 F₂를 이용한 불화방식 또는 이차이온질량분석기에 의해 주로 측정되며, 전자는 정밀도가 높은 반면 공간분해능이 떨어지고, 후자는 공간분해능이 좋은 반면, 상대적으로 분석 오차가 크다. 주로 운석 연구를 통해 알게 된 태양계 구성물질의 산소동위원소 조성은 ¹⁷O/¹⁶O비와 ¹⁸O/¹⁶O비에서 약 7% 범위의 불균질성을 보이며 질량의존성 분별에서 예측하는 값에서 벗어난다. 이러한 산소동위원소 조성은 일반적인 물리화학적 반응에 의해서는 형성될 수 없으므로, 운석 또는 운석의 기원물질이 형성될 당시 태양계 성운은 산소동위원소 조성에 있어 불균질했음을 의미한다. 이는 태양계가 대부분의 다른 원소의 동위원소 조성에 있어 거의 균질하므로 태양계의 구성물질은 잘 혼합된 성운에서 생성되었다는 일반적인 해석과 상충된다. 이 논문은 산소동위원소의 일반적인 성질과 산소동위원소분석법을 간단히 살펴보고, 운석에서 측정된 태양계 구성물질의 산소동위원소 조성의 기원과 의미를 논의한다.

Abstract

Solar system materials are heterogeneous in their oxygen isotopic compositions. Oxygen is the third abundant element in the solar system, and the most in rocky objects such as earth-like planets, moon and asteroids. Oxygen has three stable isotopes with mass number 16, 17 and 18. Oxygen-isotopic compositions of minerals and rocks can be measured by fluorination methods using BrF₅ or F₂, or by secondary ion mass spectrometry. The former has better analytical precision but requires larger sample sizes, while the later is good in spacial resolution but has larger analytical uncertainty. Oxygen-isotopic compositions of solar-system materials mainly obtained from meteorites have about 7% variations in both ¹⁷O/¹⁶O and ¹⁸O/¹⁶O ratios and not fall along the trend predicted by mass-dependent fractionation from a homogeneous reservoir. Such heterogeneity could not be produced by common physico-chemical processes that occurred during the formation of meteorites. It suggests, therefore, that the solar nebula was heterogeneous in terms of oxygen isotopes during the formation of meteoritic components. However, it conflicts with observation from isotopic homogeneity of most of other elements, which requires well-mixed solar nebula. In this paper, general characteristics of oxygen isotopes and analytical methods to measure them are briefly reviewed. Oxygen-isotopic compositions of solar system materials and possible explanations for the heterogeneity are then discussed.

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