揭開月背火山活動之謎
——嫦娥六號月球樣品首批研究成果發(fā)布
馮杰
2024年12月16日 07:27
本報記者 齊芳 崔興毅
光明日報（ 2024年11月18日 08版）11月15日，我國科學(xué)家采用嫦娥六號月球樣品做出的首批兩項獨立研究成果，同時刊登在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》與《科學(xué)》雜志。兩項研究首次揭示月球背面約28億年前仍存在年輕的巖漿活動，填補了月球玄武巖樣品在該時期的記錄空白。其中一項研究表明月背巖漿活動42億年前就存在，至少持續(xù)了14億年。這些研究為人們了解月球演化提供了關(guān)鍵科學(xué)證據(jù)。
厘清月球正面背面物質(zhì)組成差異的機(jī)遇
國際科學(xué)界通過阿波羅任務(wù)等認(rèn)識到月球正面最古老的月?；鹕交顒涌梢宰匪葜?0億年前。2021年以來，我國科學(xué)家通過嫦娥五號月球樣品，證明月球正面20億年前仍然存在較大規(guī)模的巖漿活動，并利用樣品中的火山玻璃珠揭示了月球正面甚至在1.2億年前還存在小規(guī)模的火山活動。
由于月球具有二分性，月球正面和背面在形貌、成分、月殼厚度、巖漿活動等方面存在顯著差異，但其形成機(jī)制仍然懸而未決，是月球科學(xué)研究中亟待解決的關(guān)鍵問題。此前，科學(xué)界對于月球背面的認(rèn)識主要基于遙感研究。2024年6月25日，我國嫦娥六號月球探測器首次完成人類從月球背面采樣的壯舉，攜帶1935.3克樣品返回地球，這些樣品采集于月球背面的南極-艾特肯盆地，該盆地是月球上最大、最深且最古老的盆地，這為厘清月球正面和背面物質(zhì)組成的差異、破解月球二分性之謎提供了難得的機(jī)遇。
月海玄武巖由月幔發(fā)生部分熔融產(chǎn)生的巖漿上升噴發(fā)至月表形成，是探索月球內(nèi)部物質(zhì)組成和熱演化的重要窗口。因此，嫦娥六號月球樣品研究的首要任務(wù)就是確定玄武巖巖屑的年齡和巖漿源區(qū)性質(zhì)。
月背火山活動至少持續(xù)了14億年
在發(fā)表于《自然》的研究中，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員李獻(xiàn)華和研究員李秋立，與來自中國科學(xué)院國家天文臺的研究團(tuán)隊，從5克月球樣品中分選出108顆大于300微米的玄武巖巖屑，定年結(jié)果顯示，嫦娥六號著陸點在28（28.07±0.03）億年前存在火山活動，且?guī)r漿來自虧損克里普物質(zhì)（KREEP，富集鉀、稀土和磷等元素的物質(zhì)）的源區(qū)；其中一顆高鋁玄武巖巖屑揭示42億年前存在來自富集克里普物質(zhì)源區(qū)的火山活動。
綜合來看，月球背面火山活動至少持續(xù)了14億年，且月幔源區(qū)經(jīng)歷了從克里普物質(zhì)富集到虧損的轉(zhuǎn)變。此外，同位素定年結(jié)果與撞擊坑統(tǒng)計定年結(jié)果基本一致，指示了月球正面和背面遭受隕石撞擊的概率相當(dāng)。
《自然》多位審稿人指出這是一項“令人興奮”的研究，研究團(tuán)隊采取細(xì)致謹(jǐn)慎的態(tài)度首次對月球背面玄武巖進(jìn)行了地質(zhì)年代學(xué)分析，提供了高質(zhì)量、高水準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。其中一位審稿人表示：“這是第一個來自嫦娥六號月球樣品的地質(zhì)年代學(xué)研究，對月球和行星科學(xué)界具有重要意義，也會引起更廣泛的關(guān)注?！?/span>
嫦娥六號低鈦玄武巖形成于距今28.3億年前的火山噴發(fā)
在發(fā)表于《科學(xué)》的研究中，中國科學(xué)院院士、中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所研究員徐義剛和高級工程師張樂領(lǐng)銜的團(tuán)隊對玄武巖屑中微小含鋯礦物（<5微米）以及斜長石和晚期填隙物開展了同位素分析，標(biāo)定嫦娥六號低鈦玄武巖形成于距今28.3億年前的火山噴發(fā)，并指示其具有一個十分虧損不相容元素的月幔源區(qū)。這樣的月幔源區(qū)難以發(fā)生顯著規(guī)模的熔融及相應(yīng)的玄武巖火山活動，并最終導(dǎo)致了南極-艾特肯盆地內(nèi)缺乏大規(guī)模的月海玄武巖。
傳統(tǒng)觀點認(rèn)為，月球背面的月殼較厚，抑制了月海玄武巖噴發(fā)，導(dǎo)致月球正面和背面的月海分布不對稱。但這不能解釋為什么月殼很薄的南極-艾特肯盆地也匱乏大規(guī)模的月海玄武巖。此次研究表明，月海玄武巖的分布除受月殼厚度影響外，月幔源區(qū)的物質(zhì)組成也是重要的控制因素。
《科學(xué)》雜志審稿人認(rèn)為，該研究報道了嫦娥六號月球樣品中的玄武巖巖屑的巖相分析、高精度年齡和同位素特征，為認(rèn)識整個月球的地質(zhì)歷史提供了獨特的視角。其中一位審稿人寫道：“研究結(jié)果新穎，它們將引起廣大讀者的興趣。”