嫦娥五号月球样品研究成果发布 刷新月球演化传统认知

嫦娥五号月球样品研究成果发布 刷新月球演化传统认知

来源:中国探月工程

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10月19日,中国科学院发布嫦娥五号月球科研样品最新研究成果,多项突破性进展给出了对月球演化的全新认识。嫦娥五号月球样品研究结果显示,月球直到20亿年前仍存在岩浆活动,晚期岩浆活动的月幔源区并不富含放射性生热元素,而且非常“干”。该系列研究由中国科学院地质与地球物理研究所和国家天文台主导,联合多家研究机构共同开展,相关成果形成4篇论文,在《国家科学评论》发表1篇,在国际学术期刊《自然》发表3篇。

月海玄武岩浆的持续时间和地球化学特征是理解月球热-化学演化的“钥匙”。此前的研究已证实,月球岩浆活动至少持续到大约28亿至30亿年前。但对于月球岩浆活动停止的确切时间,科学界一直存在争议。

研究发现,嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩,不同于美国和苏联采集返回的月球样品。科研人员对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物进行分析,确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年,表明月球直到20亿年前仍存在岩浆活动,比以往月球样品限定的岩浆活动延长了约8亿年。

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月球最晚期岩浆活动的成因一直是未解之谜,目前科学界存在两种可能的解释:月幔源区富含放射性元素以提供热源,或月幔富含水从而降低其熔点。

最新研究发现,嫦娥五号月球样品玄武岩的月幔源区并不富集“克里普物质”。由于“克里普物质”富含放射性生热元素,这一结果证明月幔放射性生热元素并不是形成嫦娥五号月球样品玄武岩的主要原因。

对于岩浆源区是否富含水,科研团队测定了嫦娥五号月球样品玄武岩中的水含量和氢同位素组成,发现月幔源区的水含量仅为1至5微克/克,也就是说月幔非常“干”。这一发现也排除了月幔富水而具有低熔点,导致该区域岩浆活动持续时间异常延长的猜想。

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嫦娥五号玄武岩样品中磷灰石和熔体包裹体的水含量和氢同位素组成

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嫦娥五号玄武岩中磷灰石和岩浆包裹体背散射扫描电子显微镜图像

(a)合金靶中的玄武岩岩屑(颗粒号406-010,023)的全貌图,该岩屑主要由橄榄石(Ol)、辉石(Px)、长石(Pl)和钛铁矿(Ilm)组成,可见少量铁橄榄石(Fa)、陨硫铁(Tro)、尖晶石(Sp)、磷灰石(Apa)和石英(Q)。

(b)、(c)和(d)分别为该岩屑的局部图。(b)图可见被钛铁矿包裹的熔体包裹体(MI)。(c)和(d)显示磷灰石主要产出于粒间区域,呈自形或半自形

根据大撞击起源假说,原始地球与一个火星大小的星子碰撞,形成了一个围绕地球的、由高温岩浆和气体组成的“盘”。当温度开始冷却时,硅酸盐等物质首先聚集形成月球(图1),而水属于强挥发的物质,会以气态形式向太空逃逸而丢失。因此,这种方式诞生的月球,几乎不含水,是一个近乎干透了的星球。嫦娥五号月球样品的研究成果进一步为月球起源及演变提供了支撑证据,为月球热演化历史研究提出了新的科学问题,对未来的月球探测和研究提出了新的方向。

我们欢迎国内外科学家加入对这些数据和样品的研究行列。目前,月球样品研究主要由国内科研机构牵头开展,也有国外的科学家加入中国团队开展联合研究。后续,我们将出台相关政策,秉持“平等互利、和平利用、包容发展”的原则,扩大国际交流与合作,为人类和平利用太空、推动人类命运共同体提供更多中国智慧、中国方案、中国力量。

后续科研成果本平台将继续发布。