An impact at Chicxulub, Mexico, occurred 66 million years ago, producing a global stratigraphic layer that marks the boundary between the Cretaceous and Paleogene eras. That layer contains elevated concentrations of platinum-group elements, including ruthenium. We measured ruthenium isotopes in samples taken from three Cretaceous-Paleogene boundary sites, five other impacts that occurred between 36 million to 470 million years ago, and ancient 3.5-billion- to 3.2-billion-year-old impact spherule layers. Our data indicate that the Chicxulub impactor was a carbonaceous-type asteroid, which had formed beyond the orbit of Jupiter. The five other impact structures have isotopic signatures that are more consistent with siliceous-type asteroids, which formed closer to the Sun. The ancient spherule layer samples are consistent with impacts of carbonaceous-type asteroids during Earth’s final stages of accretion.

We present bulk-rock and mineral Fe isotope data of ultramafic to mafic xenoliths and basaltic to andesitic lavas from Adagdak Volcano (Adak Island, Central Aleutians) to study the effects of early differentiation on the Fe isotopic evolution of island arc basalts and their crystallization products. The Fe isotope composition of ultramafic cumulate xenoliths increases from dunite (δ56Fe = –0.09 to –0.02 ‰) to clinopyroxenite (δ56Fe = +0.06 to +0.09 ‰), consistent with higher modal proportions of clinopyroxene (δ56Fe = –0.05 to +0.11 ‰) relative to olivine (δ56Fe = –0.10 to +0.06 ‰) in the latter. Mid-crustal cumulate amphibole gabbro and hornblendite cumulates also record heavier Fe isotope compositions (δ56Fe = +0.04 to +0.08 ‰) due to the abundance of isotopically heavy amphibole (δ56Fe = +0.07 to +0.09 ‰) and magnetite (δ56Fe = +0.11 to +0.13 ‰) in these rocks. High inter-mineral fractionations observed in spinel-olivine and spinel-clinopyroxene pairs (Δ56Fespl-ol = +0.12 to +0.28 and Δ56Fespl-cpx = +0.06 to +0.19) suggest that spinel is not recording equilibrium crystallization conditions for the ultramafic assemblages, likely due to subsolidus Fe-Mg exchange. Our data also include Fe isotope measurements of one mantle dunite (δ56Fe = +0.03 ± 0.05 ‰). Five Adagdak lavas, spanning from basalts to andesites, yield a narrow range of δ56Fe between +0.03 and +0.06 ‰. Our results highlight the potential of amphibole in driving the Fe isotope depletion trends observed in many erupted arc lavas, as amphibole hosts 28–99 % of the FeOT budget in the amphibole gabbro and hornblendite cumulates. This is also supported by single-crystal synchrotron Mössbauer spectroscopy of two amphibole grains, the first from an amphibole gabbro and the second from a hornblendite, which yield Fe3+/ΣFe ratios of 0.55 ± 0.06 and 0.58 ± 0.02, respectively. Water content and hydrogen isotope compositions determined by secondary-ion mass spectrometry from the same amphibole grains indicate partial dehydrogenation. Using Rayleigh fractionation modeling to account for oxidation during post-crystallization dehydrogenation, we calculate magmatic Fe3+/ΣFe ratios of 0.41 ± 0.04 for the amphibole gabbro and 0.30 ± 0.05 for the hornblendite. These data are then used to estimate an appropriate Fe force constant for Adagdak amphibole and quantitatively evaluate the effects of amphibole fractionation. Through a fractional crystallization model, we show how arc melts may experience periods of increasing δ56Fe during olivine-dominated fractionation, followed by decreasing δ56Fe once magnetite and amphibole saturate as cumulate phases. Notably, this dichotomy between fractionation of isotopically light versus heavy cumulate assemblages and its effects on the Fe isotope evolution of arc magmas is not captured by the Adagdak lava record, highlighting the utility of cumulates in chronicling the early isotopic evolution of magmatic systems.

The Toarcian Oceanic Anoxic Event (T-OAE; ~183 Mya) was a globally significant carbon-cycle perturbation linked to widespread deposition of organic-rich sediments, massive volcanic CO 2 release, marine faunal extinction, sea-level rise, a crisis in carbonate production related to ocean acidification, and elevated seawater temperatures. Despite recognition of the T-OAE as a potential analog for future ocean deoxygenation, current knowledge on the severity of global ocean anoxia is limited largely to studies of the trace element and isotopic composition of black shales, which are commonly affected by local processes. Here, we present the first carbonate-based uranium isotope (δ 238 U) record of the T-OAE from open marine platform limestones of the southeastern Tethys Ocean as a proxy for global seawater redox conditions. A significant negative δ 238 U excursion (~0.4‰) is recorded just prior to the onset of the negative carbon isotope excursion comprised within the T-OAE, followed by a long-lived recovery of δ 238 U values, thus confirming that the T-OAE represents a global expansion of marine anoxia. Using a Bayesian inverse isotopic mass balance model, we estimate that anoxic waters covered ~6 to 8% of the global seafloor during the peak of the T-OAE, which represents 28 to 38 times the extent of anoxia in the modern ocean. These data, combined with δ 238 U-based estimates of seafloor anoxic area for other CO 2 -driven Phanerozoic OAEs, suggest a common response of ocean anoxia to carbon release, thus improving prediction of future anthropogenically induced ocean deoxygenation.

Abstract Early solar system (SS) planetesimals constitute the parent bodies of most meteorites investigated today. Nucleosynthetic isotope anomalies of bulk meteorites have revealed a dichotomy between noncarbonaceous (NC) and carbonaceous (CC) groups. Planetesimals sampling NC and CC isotopic signatures are conventionally thought to originate from the “dry” inner disk and volatile-rich outer disk, respectively, with their segregation enforced by a pressure bump close to the water–ice sublimation line, possible tied to Jupiter's formation. This framework is challenged by emerging evidence that the oldest NC planetesimals (i.e., the iron meteorites parent bodies (IMPBs)) were characterized by far higher oxidation states than previously imagined, suggesting abundant ( ≳ few weight percent) liquid water in their interiors prior to core differentiation. In this paper, we employ a model for a degassing icy planetesimal (heated by 26 Al decay) to map the conditions for liquid water production therein. Our work culminates in threshold characteristic sizes for pebbles composing the said planetesimal, under which water–ice melting occurs. Adopting a model for a disk evolving under both turbulence and magnetohydrodynamic disk winds, and assuming pebble growth is fragmentation limited, we self-consistently translate the threshold pebble size to lower limits on early SS turbulence. We find that if NC IMPBs were “wet,” their constituent pebbles must have been smaller than a few centimeters, corresponding to typical values of the Shakura–Sunyaev α ν turbulence parameter in excess of 10 −3 . These findings argue against a quiescent SS disk (for <10 au), are concordant with astronomical constraints on protoplanetary disk turbulence, and suggest pebble accretion played a secondary role in building our rocky planets.

We introduce a new isotope chronological model in which the natural mass-dependent isotopic fractionation effects of the radioactive ("parent") and radiogenic ("daughter") elements are systematically and rigorously considered. Using this model, we show that internally-normalized radiogenic isotopic ratios, commonly determined for daughter elements such as Sr, Nd, Cr, Ni, Hf, W, and Os, are dependent on the extent of natural isotopic fractionation of the daughter and parent elements at the time of system closure. This dependence indicates that (1) in two samples derived from the same isotopically homogeneous source at the same time and with identical radiogenic ingrowth over time, the present-day internally-normalized radiogenic isotope ratios would be different if they were initially fractionated to different degrees, and (2) if different internally-normalized radiogenic isotopic ratios are observed for two co-genetic objects, the difference between them would include contributions from both radiogenic ingrowth and natural isotopic fractionation. Consequently, the isochron dating equations employed in traditional chronological studies will yield inaccurate results when significant natural isotopic fractionation are present among the studied samples. Modified isochron equations that can be used to retrieve correct chronological information from isotopically-fractionated samples are presented. These theoretical considerations are applied to the 87Rb–87Sr, 147Sm–143Nd, and 146Sm–142Nd isotope systems of calcium–aluminium-rich inclusions (CAIs), a set of samples that have undergone significant natural Sr, Nd, and Sm isotope fractionation during their formation. The large natural Sr isotope fractionation (up to ca. 5.3 ‰ for 88Sr/86Sr) in fine-grained CAIs can generate analytically well-resolvable biases (>120 ppm) in the internally-normalized 87Sr/86Sr ratios and lead to significant scatters of their 87Rb–87Sr isochron (in conjunction with scatters induced by open-system disturbances). The 87Rb–87Sr systems of coarse-grained CAIs, on the contrary, are essentially not affected by natural Sr isotopic fractionation due to their much subdued fractionation degrees, resulting in a more robust isochron. Similarly, the large natural Nd (up to ca. 4.0 ‰ for 146Nd/144Nd) and Sm (up to ca. 7.1 ‰ for 152Sm/148Sm) isotopic fractionation in fine-grained CAIs can induce significant scatters of the 147Sm–143Nd isochron if the natural fractionation followed the kinetic or power law, and 146Sm–142Nd isochron if the natural fractionation followed the equilibrium, Rayleigh, or power law. This implies that when studying radioactive isotope systems in objects whose daughter and parent elements can undergo significant isotope fractionation in nature, accompanying stable isotope analyses are necessary for accurate chronological interpretations.

Potassium isotopes hold great promise for tracing geological processes, but their analyses are fraught with complexities. Various methods using different generations of MC-ICPMS instruments have been developed, each with distinct...

Abstract Calcium‐aluminum‐rich inclusions (CAIs) are the first objects that formed in the solar accretion disk and therefore provide valuable insights into the evolution of the early solar system. A long‐standing question regarding this earliest formative period relates to the storage of CAIs in the 1–4 Myr time period between their formation and later accretion into chondrite parent bodies. Were the CAIs stored in a pre‐existing parent body, or in distant parts of the solar accretion disk? In the latter scenario, CAIs might have been exposed to cosmic rays, either from the galaxy or from the Sun and such pre‐accretion irradiation effects might be detectable. We searched for such pre‐accretional irradiation effects in 7 fine‐ and 11 coarse‐grained CAIs from the CV 3.6 carbonaceous chondrite Allende. The extracted samples were analyzed for their major chemical composition and all samples were analyzed using μCT techniques. Using physical model calculations, 21 Ne cos and ( 22 Ne/ 21 Ne) cos production rate ratios were calculated for each CAI by fully considering their individual chemical composition. Measured He, Ne, Ar, and Kr isotope compositions of the CAIs show cosmogenic signals; clear signals for He and Ne isotopes; and detectable signals for some of the Ar and Kr isotopes. In addition, most samples show clear indications for radiogenic 4 He and some samples show evidence for radiogenic 40 Ar. Higher 36 Ar/ 38 Ar, 22 Ne/ 21 Ne, 80 Kr/ 84 Kr, and 82 Kr/ 84 Kr ratios together with lower cosmogenic 38 Ar cos concentrations in fine‐grained CAIs compared to coarse‐grained CAIs are consistent with more alteration of the former compared to the latter. The CRE ages for the CAIs range between 4.12 ± 0.41 Myr and 6.40 ± 0.63 Myr. Statistical tests indicate that the data are normally distributed with no outliers, indicating that all CAIs share a common irradiation history, likely the irradiation in the Allende meteoroid. The average CRE age of 4.87 ± 0.19 Myr agrees with the nominally accepted CRE age of Allende of ~5.2 Myr. There is no correlation between 21 Ne cos concentrations and indicators of aqueous alteration like Na and/or U concentrations. The lack of correlation together with the finding of normally distributed modeled CRE ages indicates that either none of the studied CAIs experienced a pre‐accretion irradiation before parent body compaction and/or that any pre‐accretion irradiation effects have been completely erased during aqueous alteration events. Taking alteration aside, the findings are not in favor of X‐wind type models but are more consistent with the idea of CAI outward transport in an expanding disk.