“嫦娥五號(hào)”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(tái)發(fā)布，該臺(tái)徐偉彪研究員及其行星化學(xué)科研團(tuán)隊(duì)聯(lián)合南京地質(zhì)古生物研究所，對(duì)月球樣品進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，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(guó)內(nèi)其他研究團(tuán)隊(duì)在嫦娥五號(hào)月球樣品中發(fā)現(xiàn)了低鈦、中鈦玄武巖類(lèi)型。結(jié)合此次研究，學(xué)者們推測(cè)，嫦娥五號(hào)月球著陸區(qū)或曾有多次火山噴發(fā)。
成果近期在線發(fā)表于我國(guó)綜合類(lèi)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)通報(bào)》英文版。
在月球樣品中發(fā)現(xiàn)極高的鈦鐵礦含量
2020年12月17日，嫦娥五號(hào)返回器攜帶1731克月球樣品成功返回地面，首次實(shí)現(xiàn)了我國(guó)地外天體采樣返回。
中國(guó)科學(xué)院紫金山天文臺(tái)是國(guó)內(nèi)首批獲得月球科研樣品的13家科研機(jī)構(gòu)之一，研究員徐偉彪作為使用責(zé)任人獲批兩份共計(jì)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(lái)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(tuán)隊(duì)利用高分辨率顯微CT、掃描電子顯微鏡、電子探針等對(duì)其中一個(gè)樣品開(kāi)展了詳細(xì)的礦物學(xué)和三維斷層成像研究。
結(jié)果表明，該樣品屬于月球火山玄武巖，具有細(xì)粒—中粒次輝綠結(jié)構(gòu)。少量橄欖石斑晶分布在由輝石、斜長(zhǎng)石、鈦鐵礦和其他副礦物組成的基質(zhì)中。
主要組成礦物輝石的化學(xué)成分和演化趨勢(shì)與美國(guó)阿波羅計(jì)劃和蘇聯(lián)月球號(hào)計(jì)劃取回的高鈦玄武巖類(lèi)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?jǐn)?shù)達(dá)17.8vol%，豐度接近美國(guó)阿波羅計(jì)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(lái)源、月幔組成提供線索
“高鈦玄武巖很少見(jiàn)，目前在所有收集到的月球隕石中基本沒(méi)有發(fā)現(xiàn)高鈦玄武巖。因?yàn)殁佽F礦處于月球淺層，一般分布在月殼以下與月幔以上的區(qū)域，
而玄武巖是月球深處月幔物質(zhì)經(jīng)高溫熔融產(chǎn)生的巖漿噴發(fā)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(yīng)該很低。”徐偉彪解釋?zhuān)詴?huì)出現(xiàn)高鈦玄武巖，
學(xué)界有一種假說(shuō)認(rèn)為，鈦鐵礦因?yàn)楸戎剌^重，造成了月幔上重下輕的重力不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，鈦鐵礦經(jīng)過(guò)翻轉(zhuǎn)下沉到深部月幔，經(jīng)過(guò)熔融后，與巖漿一起噴發(fā)出來(lái)，冷卻后被“封鎖”在玄武巖中。
“這種情況并不常發(fā)生，這說(shuō)明嫦娥五號(hào)著陸采樣的區(qū)域，月幔可能發(fā)生過(guò)這種翻轉(zhuǎn)，才會(huì)產(chǎn)生高鈦玄武巖。”徐偉彪認(rèn)為。
在此次樣品中，科研人員還發(fā)現(xiàn)了含量達(dá)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(chǎn)生玄武巖漿的能量來(lái)源。”徐偉彪說(shuō)。
值得關(guān)注的是，此前國(guó)內(nèi)已有科研團(tuán)隊(duì)發(fā)布，在嫦娥五號(hào)采集的月球樣品中發(fā)現(xiàn)了低鈦、中鈦月海玄武巖類(lèi)型，“在同一地點(diǎn)每次噴發(fā)出來(lái)的巖漿都來(lái)自月幔的同一區(qū)域，
這個(gè)區(qū)域此前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了低鈦、中鈦玄武巖，此次又發(fā)現(xiàn)了一種相對(duì)少見(jiàn)的富集稀土元素的高鈦月海玄武巖，這表明嫦娥五號(hào)著陸區(qū)歷史上至少發(fā)生了3次、非常可能是多次火山噴發(fā)活動(dòng)，
也說(shuō)明月幔源區(qū)的化學(xué)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(fā)現(xiàn)，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(nèi)部的熱源來(lái)源于哪里。”
徐偉彪認(rèn)為，高鈦玄武巖的發(fā)現(xiàn)，將有望解讀月幔源區(qū)不同物質(zhì)成分、火山巖漿形成的能量來(lái)源和月球晚期火山活動(dòng)的精細(xì)時(shí)空分布規(guī)律，后續(xù)深化研究工作正在進(jìn)行中。
