揭秘首批月球样品:嫦娥五号着陆区或多次火山喷发

嫦娥五号采集的第一批月球样品能向我们揭示月球的哪些奥秘？

12月13日，中国科学院紫金山天文台发布消息称，徐卫彪研究员及其行星化学研究团队联合南京地质古生物研究所对月球样品进行研究，发现样品中钛铁矿含量极高，经鉴定为高钛玄武岩。

此前，国内其他研究团队在嫦娥五号月球样品中发现了低钛和中钛玄武岩类型。基于这一研究，学者们推测嫦娥五号月球着陆区可能发生过多次火山喷发。研究结果近日在线发表在中文综合学术期刊《科学通报》英文版上。

月球样品中发现了极高的钛铁矿含量。

2020年12月17日，嫦娥五号返回器携带1731克月球样品成功返回地面，这是我国首次实现地外天体采样返回。

中国科学院紫金山天文台是我国首批获得月球科研样品的13家科研机构之一。徐卫彪研究员作为负责用户，获得了两个总计15毫克的月球玄武岩样品。

“这次采集的月球样品是月海玄武岩，主要分布在月球正面的盆地中，可能是100公里至400公里深度的月球地幔部分熔融形成的。”同时也是本文通讯作者的徐卫彪介绍，研究团队利用高分辨率显微CT、扫描电镜和电子探针对其中一个样品进行了详细的矿物学和3D断层成像研究。

结果表明，该样品属于月球火山玄武岩，具有细至中粒次绿色结构。少量橄榄石斑晶分布在辉石、斜长石、钛铁矿等副矿物组成的基质中。主要矿物辉石的化学成分和演化趋势与美国阿波罗计划和苏联月球计划反演的高钛玄武岩类型高度一致。

据徐卫彪介绍，样品中钛铁矿含量极高，体积百分含量为17.8vol%，其丰度接近美国阿波罗计划反演的月海玄武岩最高值18vol%。

为研究月球火山岩浆的能量来源和月球地幔的组成提供了线索。

“高钛玄武岩很少见。目前所有采集到的月球陨石中，基本没有发现高钛玄武岩。因为钛铁矿在月球浅层，一般分布在月球地壳以下、月球地幔以上的区域，而玄武岩是月球深部月球地幔高温熔融后产生的岩浆，冷却后凝固而成的岩石，所以玄武岩中的钛含量应该很低。”徐卫彪解释说，学术界有一种假说，认为高钛玄武岩会出现。钛铁矿由于比重大，造成了不稳定的重力结构，在月球地幔上面重，下面轻。钛铁矿翻转后沉到月球地幔深处，熔融后与岩浆一起喷发，冷却后“堵塞”在玄武岩中。

“这种情况不常发生，说明月球地幔可能在嫦娥五号着陆采样的区域发生了翻转，这将产生高钛玄武岩。”徐卫彪认为。

在这个样本中，研究人员还发现了含量为0.5%的磷酸盐矿物。“磷酸盐矿物一般富含稀土元素，还含有钍、铀等放射性发热元素，是玄武岩浆的能量来源。”徐卫彪说。

值得注意的是，国内有研究团队发布，在嫦娥五号采集的月球样品中发现了低钛和中钛月球玄武岩类型。“每次在同一个地方喷发的岩浆都来自月球地幔的同一个区域。这个地区之前已经发现了低钛和中钛玄武岩，这次又发现了一个比较罕见的富含稀土元素的高钛月球玄武岩，这说明嫦娥五号着陆区历史上至少发生过三次火山喷发，很有可能火山喷发的次数很多。徐卫彪说，这为研究进化提供了重要线索。

“这项研究的发现让我们更加好奇，为什么在月球已知演化的后期会有这么多岩浆，而月球内部的热源又是从哪里来的？”徐卫彪认为，高钛玄武岩的发现将有望解释月球地幔源区不同的物质组成、火山岩浆形成的能量来源以及月球后期火山活动的精细时空分布规律，进一步的研究工作正在进行中。