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20億年前玄武巖揭示月球演化奧秘

2021-10-20 09:28:08 | 來源: 新華網 | 責編: 鄭思雯
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【中首圖】20億年前玄武巖揭示月球演化奧秘

  10月15日,在中科院地質與地球物理研究所月球樣品潔凈室,田恒次副研究員在處理月球樣品。新華社記者 金立旺 攝

  月球上火山活動何時停止?曾經的巖漿活動如何維持?月幔到底有多“干”?

  19日,中國科學院發布嫦娥五號月球科研樣品最新研究成果,多項突破性進展給出了對月球演化的全新認識。

  月球20億年前仍存在巖漿活動

  巖漿活動是月球的“生命”特征之一,月球古老的巖漿噴發活動留下的黑色玄武巖形成了人們所見的月海,月海玄武巖漿的持續時間和地球化學特征是理解月球熱-化學演化的“鑰匙”。

  對來自美國、蘇聯的月球樣品和地球上月球隕石的研究已證實,月球巖漿活動至少持續到大約28億至30億年前,但對于月球巖漿活動停止的確切時間,科學界一直存在爭議。

  嫦娥五號在月球上的著陸點位于風暴洋西北處呂姆克山附近,遠離“阿波羅”和“月球號”采樣點。研究證明,嫦娥五號月球樣品為一類新的月海玄武巖,填補了美國和蘇聯月球采樣任務的“空白”。

【中首圖】20億年前玄武巖揭示月球演化奧秘

  10月18日,在中科院地質與地球物理研究所電子探針與掃描電鏡實驗室,科研人員在做實驗。新華社記者 金立旺 攝

  在最新的研究中,科研人員利用超高空間分辨率鈾-鉛(U-Pb)定年技術,對嫦娥五號月球樣品玄武巖巖屑中50余顆富鈾礦物(斜鋯石、鈣鈦鋯石、靜海石)進行分析,確定玄武巖形成年齡為20.30±0.04億年,表明月球直到20億年前仍存在巖漿活動,比以往月球樣品限定的巖漿活動延長了約8億年。

  科研人員介紹,科學家曾以一種統計區域撞擊坑的大小和數量的方法,推斷嫦娥五號著陸區是月球最年輕玄武巖單元之一,這一區域的年齡為10億至30億年,這種方法存在著極大不確定性。此次嫦娥五號月球樣品玄武巖的精確年代學數據為撞擊坑統計定年曲線提供了關鍵錨點,將大幅提高內太陽系星體表面的撞擊坑統計定年精度。

  刷新對月球晚期巖漿活動成因的認知

  月球最晚期巖漿活動的成因一直是未解之謎,目前科學界存在兩種可能的解釋:月幔源區中富含放射性元素以提供熱源,或富含水以降低熔點。對此,最新研究給出了全新認知。

  研究表明,嫦娥五號月球樣品玄武巖初始熔融時并沒有卷入富集鉀、稀土元素、磷的“克里普物質”,嫦娥五號月球樣品富集“克里普物質”的特征,是由于巖漿后期經過大量礦物結晶固化后,殘余部分富集而來。這一結果排除了嫦娥五號著陸區巖石的初始巖漿熔融熱源來自放射性生熱元素的主流假說,揭示了月球晚期巖漿活動過程。

  同時,研究發現,月幔源區的水含量僅為1至5微克/克,也就是說月幔非常“干”。這一發現也排除了月幔初始熔融時因水含量高而具有低熔點,導致該區域巖漿活動持續時間異常延長的猜想。

【中首圖】20億年前玄武巖揭示月球演化奧秘

  10月19日,在發布會現場, 中國科學院院士李獻華在介紹成果。新華社記者 金立旺 攝

  “月球冷卻如此之慢的原因并不清楚,需要全新的理論框架和演化模型,對未來的月球探測和研究提出了新的方向。”中科院地質與地球物理研究所研究員李獻華院士說。

  多位國際專家表示,該系列成果“提供了迄今為止月球上確定的最年輕的玄武巖的證據”“改變了我們對月球熱歷史和巖漿歷史的認識”“對我們認識月球起源和演化具有重要意義”。

  自主研發的分析技術實現國際領先

【中首圖】20億年前玄武巖揭示月球演化奧秘

  四篇論文的部分作者合影留念(10月18日攝)。新華社記者 金立旺 攝

  該系列研究由中科院地質與地球物理研究所和國家天文臺主導,聯合多家研究機構共同開展,相關成果形成4篇論文,在《國家科學評論》發表1篇,在國際學術期刊《自然》發表3篇。

  研究團隊分別針對年齡、源區性質和水含量三個科學問題設計了新途徑。研究過程中,中科院地質與地球物理研究所研發的多項分析技術,為相關工作的順利開展提供了保障。

  如,基于超高空間分辨率鈾-鉛(U-Pb)定年技術,對玄武巖巖屑中50余顆富鈾礦物進行分析;基于超高空間分辨率同位素分析技術,證明了玄武巖形成時未卷入“克里普物質”;基于納米離子探針分析技術,測定了樣品中巖漿包裹體和磷灰石的水含量和氫同位素組成。

  科研人員介紹,此次研究采用的超高空間分辨率的定年和同位素分析技術處于國際領先水平,為珍貴地外樣品年代學等研究提供了新的技術方法。

  2021年7月12日,嫦娥五號任務第一批月球科研樣品正式發放,國內13家科研機構共獲得約17.4764克樣品。中科院于2021年5月正式設立重點部署項目“嫦娥五號任務月球科研樣品綜合研究”,以月球科研樣品的基礎物理特性、物質成分為研究對象,解構嫦娥五號月球科研樣品的特性信息。此次發表的4篇文章,是該項目取得的首批研究成果。(張泉 董瑞豐)

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