宇宙物质的演化
3.1.2.1月亮
一般认为，月球是早期地球与火星大小的原行星碰撞后形成的。Wiechert等人(2001)高精度测量了月球样品中16O、17O和18O的同位素变化，以检验是否存在碰撞引起的同位素不均一性。然而，三种氧同位素的研究结果并没有提供同位素不均一性的证据，并表明原始地球和碰撞行星是由成分相同的混合物形成的。
根据早期的阿波罗计划，目前已知普通月球火成矿物的氧同位素组成非常恒定，不同生境样品的同位素变化极小(Onuma et al .，1970；克莱顿等人，1973b).这种恒定性说明月球内部δ18O的值应该在+5.5‰左右，与地球地幔岩石的值基本一致。观察到的原始矿物之间的分馏表明，结晶温度约为1000℃或更高，这与观察到的地球玄武岩相似(Onuma等人，1970)。与其他地球岩石相比，观测到的δ18O值范围很小。比如地球斜长石的氧同位素变异至少是所有月球岩石的10倍(泰勒，1968)。这种差异可能主要与地壳演化过程中的低温和地球上出现水有关。
月球岩石硫同位素地球化学最明显的特征是δ34S值的均匀性及其与CDT标准的相似性。已公布的δ34S值在-2‰~+2.5‰之间。但Des Marais(1983)注意到，由于实验室或分析过程的系统差异，实际范围很可能明显小于4.5‰。硫同位素组成的微小差异支持这样的观点:月球上非常低的氧逸度阻止了SO2或硫酸盐的形成，从而消除了氧化物和还原硫之间的交换反应。
Des Marias(1983)进一步指出，月球岩石中N和C的丰度极低，并给出了所有月球岩石在样品处理过程中都受到复杂碳化合物污染的有力证据。在相对较低的燃烧温度下释放的碳显示出较低的值13C，而在较高的温度下释放的碳具有较高的比率13C/12C。在确定月球上N和C的固有同位素比值时，另一个难题是宇宙线粒子与月球表面相互作用产生的散裂效应。这些散裂效应可以导致13C和15N的增加，增加的程度取决于岩石受到宇宙射线照射的时间。月球物质细颗粒表面重同位素的富集很可能是太阳风的影响造成的。由于缺乏关于太阳风同位素组成的数据和捕获机制的不确定性，目前很难详细解释其同位素变化。Kerridge(1983)证实月球表面岩石捕获的氮气至少由两种成分组成，而这两种成分在加热实验过程中的释放特征和同位素组成是不同的:低温成分与太阳风中的氮气一致，而高温成分由太阳高能粒子组成。
3.1.2.2火星
20世纪70年代末至80年代初，研究人员认识到一种SNC陨石(shergottite、nakhlite、chassignite)是来自火星的样品(如McSween等人，1979；博加德&强生公司，1983).这一结论的依据是:与其他陨石相比，这些样品的结晶时间较晚，捕获的挥发物成分与火星大气一致。
SNC陨石的平均δ18O值为+4.3‰，明显低于地月系统的δ18O值(+5.5 ‰) (Clayton & Mayeda，1996；弗兰奇等人，1999).不同SNC陨石中18O的微小变化主要是由于主要矿物丰度的差异。在三同位素图中，火星和地球的δ17O相差0.3‰(图3.3)。在这一点上需要注意的是，HED陨石(howardite，eucrite，diogenite)的氧同位素组成为3.3 ‰ (Clayton & Mayeda，1996)，这很可能反映了其物质来自小行星灶神星，其与地球的δ17O差值约为-0.3 ‰。类地行星之间氧同位素组成的差异反映了行星形成时原始物质的差异。
图3.3月球、火星岩石和类似HED的mvesteoriteδ17O-δ18O示意图(根据Wiechert等人，2003)。
火星上的挥发物，尤其是水，可以揭示火星的地质和地球化学演化。与地球海水的δD值(+4000‰)相比，现在火星大气的氢同位素值约为5倍。这种富集被认为是火星大气随时间变化中H先于D丢失造成的(Owen et al .，1988)。Wastson等人(1994)用离子微探针研究了SNC陨石中的角闪石、黑云母和磷灰石，Leshin等人(1996)用逐步加热的方法研究，表明δD值变化范围很大。发现样品中的水有两个来源:低温下释放的大量地球污染物和高温下强烈富集D的宇宙物质成分。Boctor等人(2003年)研究了所有经分析富含D的含水矿物(和名义上的无水矿物),发现有更低的δD值，更类似于地球的组成。因此，他们认为D/H比不能用单一的动作来解释，而且有很大的变化范围。指出δD值主要受三个来源和机制的影响:①岩浆水的成分；(2)冲击熔体的脱挥发分；(3)来自地球物质的污染。
火星陨石的氢碳同位素特征为研究碳的来源提供了证据。Wright等人(1990)和Romanek等人(1994)区分了三种碳化合物:一种是在低于约500℃的温度下释放的，大多来自地球污染物；第二类在400 ~ 700℃之间的加热实验中或与酸反应过程中释放，主要来自碳酸盐分解，可使δ13C值增加到+40‰；第三类释放温度高于700℃，其δ13C值在-20‰~-30‰之间，反映了火星上岩浆碳的同位素组成。
由于能揭示火星的过去(McKay等，1996)，火星陨石中的碳酸盐受到了更多的关注。了解碳酸盐岩形成的条件对解决相关争议非常重要。尽管对其进行了大量的化学和矿物学研究，但碳酸盐的形成环境仍不清楚。根据不同研究者对不同碳酸盐的研究，碳酸盐中δ18O值变化很大，在+5‰~+25‰之间(Romanek等，1994；山谷等，1997；Leshin等人，1998).奈尔斯塔尔。(2005)通过原位碳同位素分析获得了较高的δ13C值，分布范围为+30 ‰ ~+60 ‰，来源于火星大气，表明是由非生物过程形成的。
McKay等人(1996)进一步提出碳酸盐中的微小硫化物颗粒可能是细菌还原硫酸盐形成的。硫化物的δ34S值变化范围为+2.0‰~+7.3‰(Greenwood等，1997)，与地球玄武岩的δ34S值接近，可能不是来源于细菌对硫酸盐的还原。
所以同位素结果不支持火星上有微生物活动的理论。但这是一个令人兴奋的话题，显然争论还会继续。
Farquhar等人(1998)和Farquhar & Thiemens (2000)提供了关于火星碳酸盐(低丰度硫酸盐)非生物来源的进一步证据。通过测量δ17O和δ18O，Farquhar等人(1998)发现碳酸盐与硅酸盐相比存在17O异常。他们的解释是，地球平流层的臭氧通过光化学作用分解，然后大气氧同位素组成通过CO2-H2O交换转化为碳酸盐矿物。这一发现表明，碳酸盐(和硫酸盐)是火星上大气/风化层相互作用的结果。火星陨石中的硫同位素变化也被认为是由类似的相互作用引起的(Farquhar等人，2000a)。SO2和H2S的光解实验可以产生可检测的硫同位素组成，为火星非生物成因18S分馏提供了形成机制。所以硫同位素分馏大并不能证明火星上有生物行为。
3.1.2.3金星
1978年先锋任务的质谱仪测量了金星相对于CO2的大气成分，CO2是金星的主要大气成分。13C/12C和18O/16O的观测比值接近地球，而15N/14N的比值不到地球的20%(Hoffman等人，1979)。与金星起源和演化相关的主要问题之一是“缺水”。目前金星表面没有液态水，大气中的水汽含量可能不会超过20 ppm(1 ppm = 1×10-6)(Hoffman等人，1979)。这意味着金星要么是由极度缺水的物质形成的，要么是氢可能逃逸到太空中，使原有的水消失。Donahue等人(1982)测得相对于地球的D富集100倍，与脱气过程一致。然而，这种前所未有的脱气过程是不可想象的。