20亿年前玄武岩揭示月球演化奥秘

20亿年前玄武岩揭示月球演化奥秘 字体： 小 中 大 分享到： 20亿年前玄武岩揭示月球演化奥秘 2021-10-20 09:21:40 来源：科技日报

月帘有多干？月球上的火山活动什么时候会停止？如何维持过去的岩浆活动？嫦娥五号月球样本给出了答案。

10月19日，中科院发布了嫦娥五号月球样品最新研究成果。中国科学院地质地球研究所和国家天文台的研究人员发现，嫦娥五号月球样品是一种新型月球玄武岩，月球上最年轻的玄武岩已有20亿年历史。其后期岩浆活动的源区并不富含放射性元素，月球地幔源区几乎没有水。相关研究成果通过三篇《自然》论文和一篇《国家科学评论》论文在线发表。

这是我国科学家自主完成的第一批嫦娥五号月球样品研究成果，充分展示了我国科学家的科研水平和创新能力。

月球岩浆活动的停止时间大约在8-9亿年后。

此前对美苏月球样本和地球上月球陨石的研究证实，月球的岩浆活动至少持续了约28亿年至30亿年，远古岩浆喷发留下的黑色玄武岩形成了“月海”。

然而，“月球岩浆活动停止的确切时间在科学界一直存在争议。”中国科学院地质与地球研究所研究员、中国科学院院士李说。

在最新研究中，研究人员利用超高空分辨率铀铅(U-Pb)测年技术，分析了嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中的50多种富铀矿物，确定玄武岩形成年龄约为20.3亿年，证明月球上最年轻的玄武岩为20亿年。

“也就是说，直到20亿年前，月球上仍存在岩浆活动，比以往月球样本限定的岩浆活动停止时间晚了约8-9亿年。”李对解释道。

此前，科学家使用一种统计区域撞击坑大小和数量的方法推断，嫦娥五号着陆区是月球上最年轻的玄武岩单元之一，该区域的年龄为10亿至30亿年。这种方法有很大的不确定性。

李说，嫦娥五号玄武岩的精确测年为撞击坑统计测年曲线提供了一个关键锚点，将大大提高内太阳系恒星表面撞击坑的统计测年精度。

此外，研究中采用的超高空分辨率测年和同位素分析技术也处于国际领先水平，为珍贵地外样品的地质年代学研究提供了新的技术方法。

对月球缓慢冷却的两种解释都被排除了。

同时，月球为何冷却如此缓慢，月球最后阶段岩浆活动的原因仍是一个未解之谜。李说，目前科学界有两种可能的解释:岩浆源区富含放射性元素提供热源，或者富含水分降低月球地幔熔点。

基于地质地球开发的超高空分辨率同位素分析技术，研究人员发现了意想不到的结果:嫦娥五号玄武岩在初始熔融时并未参与富含钾、稀土元素和磷的克里普克物质，这些物质在地球化学上被称为“不相容元素”，意为不易进入固体的元素。嫦娥五号样品富集克里普克物质的特征是由于岩浆本身的演化过程。

对此，李解释说，这一结果排除了嫦娥五号着陆区岩石初始岩浆熔融热源来自放射性生热元素的主流假说，揭示了月球后期的岩浆活动过程。

至于岩浆源区是否富含水，研究团队利用地质地球研究所纳米离子探针开发的分析技术，测定了嫦娥五号玄武岩的含水量和氢同位素组成，得出月球地幔源区的含水量只有1-5微克/克，这意味着月球地幔非常干燥。

指出这一发现也排除了月球地幔因初始熔融时含水量高而熔点低，导致该区岩浆活动持续时间异常延长的猜想。

李说，月球缓慢冷却的原因尚不明确，需要新的理论框架和演化模型，这为未来的月球探测和研究提出了新的方向。

加强月球样品研究的国际合作

这些成就得到了国际专家的高度赞扬。德国Byreuter大学教授Audrey Bouvier认为，这些结果非常令人兴奋，为理解月球的形成和演化提供了惊人的科学成就。加州大学戴维斯分校教授尹表示，这是一项举世瞩目的重大成就，尤其是在行星科学界。

中科院高度重视月球研究样品研究工作，第一时间组织全院月球与行星科学领域科研人员，多学科优势团队开展协同研究，全面开展嫦娥五号月球研究样品综合分析研究。2021年5月，重点部署项目“嫦娥五号任务月球研究样品综合研究”正式立项。

该项目以月球科考样品的基本物理特征和物质组成为研究对象，解构嫦娥五号月球科考样品的特征信息。此次发表的四篇文章是该项目的首批研究成果。

此外，中科院还积极推动嫦娥五号月球研究样品的国际合作与交流。目前，基于中法科学家在空领域的长期友好合作，中国科学院、法国空研究中心、法国研究中心已就月球样品合作研究达成初步共识，双方将以人员交流、联合研究项目等形式开展互补合作。未来，中科院将继续加强与国际科技界在月球样品研究方面的交流与合作。(记者卢成宽)

【纠错】