科技日報記者 金鳳
“嫦娥五號”采集的首批月球樣品，能為我們揭示月球的哪些奧秘？
12月13日，中科院紫金山天文臺發布，該臺徐偉彪研究員及其行星化學科研團隊聯合南京地質古生物研究所，對月球樣品進行研究后發現，樣品中有含有極高的鈦鐵礦含量，確定為高鈦玄武巖。
此前，國內其他研究團隊在嫦娥五號月球樣品中發現了低鈦、中鈦玄武巖類型。結合此次研究，學者們推測，嫦娥五號月球著陸區或曾有多次火山噴發。成果近期在線發表于我國綜合類學術期刊《科學通報》英文版。
在月球樣品中發現極高的鈦鐵礦含量
2020年12月17日，嫦娥五號返回器攜帶1731克月球樣品成功返回地面，首次實現了我國地外天體采樣返回。
中國科學院紫金山天文臺是國內首批獲得月球科研樣品的13家科研機構之一，研究員徐偉彪作為使用責任人獲批兩份共計15毫克的月球玄武巖樣品。
“此次采集的月球樣品是月海玄武巖，它們主要分布在月球正面的盆地中，可能是來自100公里至400公里深處的月幔部分熔融形成的。”徐偉彪也是此次論文的通訊作者，他介紹，研究團隊利用高分辨率顯微CT、掃描電子顯微鏡、電子探針等對其中一個樣品開展了詳細的礦物學和三維斷層成像研究。
結果表明，該樣品屬于月球火山玄武巖，具有細粒—中粒次輝綠結構。少量橄欖石斑晶分布在由輝石、斜長石、鈦鐵礦和其他副礦物組成的基質中。主要組成礦物輝石的化學成分和演化趨勢與美國阿波羅計劃和蘇聯月球號計劃取回的高鈦玄武巖類型高度一致。
徐偉彪表示，該樣品含有極高的鈦鐵礦含量，體積百分數達17.8vol%，豐度接近美國阿波羅計劃取回的月海玄武巖的最高值18vol%。
為研究月球火山巖漿能量來源、月幔組成提供線索
“高鈦玄武巖很少見，目前在所有收集到的月球隕石中基本沒有發現高鈦玄武巖。因為鈦鐵礦處于月球淺層，一般分布在月殼以下與月幔以上的區域，而玄武巖是月球深處月幔物質經高溫熔融產生的巖漿噴發出到月表，冷卻后凝固而成的一種巖石，所以玄武巖中的鈦含量應該很低。”徐偉彪解釋，之所以會出現高鈦玄武巖，學界有一種假說認為，鈦鐵礦因為比重較重，造成了月幔上重下輕的重力不穩定結構，鈦鐵礦經過翻轉下沉到深部月幔，經過熔融后，與巖漿一起噴發出來，冷卻后被“封鎖”在玄武巖中。
“這種情況并不常發生，這說明嫦娥五號著陸采樣的區域，月幔可能發生過這種翻轉，才會產生高鈦玄武巖。”徐偉彪認為。
在此次樣品中，科研人員還發現了含量達0.5%的磷酸鹽礦物，“磷酸鹽礦物一般富含稀土元素，還含有放射性生熱元素，比如釷和鈾，這些元素是產生玄武巖漿的能量來源。”徐偉彪說。
值得關注的是，此前國內已有科研團隊發布，在嫦娥五號采集的月球樣品中發現了低鈦、中鈦月海玄武巖類型，“在同一地點每次噴發出來的巖漿都來自月幔的同一區域，這個區域此前已經發現了低鈦、中鈦玄武巖，此次又發現了一種相對少見的富集稀土元素的高鈦月海玄武巖，這表明嫦娥五號著陸區歷史上至少發生了3次、非常可能是多次火山噴發活動，也說明月幔源區的化學成分不均一。”徐偉彪表示，這為研究月球的演化提供了重要線索。
“此次的研究發現，讓我們更加好奇，在目前已知的月球演化的晚期，為何還有這么多巖漿，月球內部的熱源來源于哪里。”徐偉彪認為，高鈦玄武巖的發現，將有望解讀月幔源區不同物質成分、火山巖漿形成的能量來源和月球晚期火山活動的精細時空分布規律，后續深化研究工作正在進行中。
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