政治热点:深化对月球演化的认知,进入阅读模式

月球上的火山活动什么时候会停止?如何维持过去的岩浆活动?月球上有多少水?19日,中国科学院发布了嫦娥五号月球研究样品的最新研究成果,回答了上述问题。证明嫦娥五号月球样品是一种新型的月球玄武岩,月球上最年轻的玄武岩有20亿年的历史,比以往月球样品限制的岩浆活动时间长了约8亿年。晚期岩浆活动的源区放射性元素并不丰富,月球地幔源区几乎没有水。

相关研究成果分别于北京时间10月15日和19日发表在《国家科学评论》和《自然》杂志上。

直到20亿年前,月球上还存在岩浆活动。

2020年12月17日,嫦娥五号样品舱在内蒙古四子王旗成功着陆,带回月球样品1731克。这是中国首次完成地外天体样品采集,也是人类44年来首次取回新的月球样品。

月球玄武岩是月球地幔部分熔融形成的岩石,火山喷发到月球表面后冷却结晶。火山活动是月球内部力量的表现。火山活动的停止,标志着月球失去了内在动力,在地质学意义上意味着“死亡”。因此,研究火山岩可以揭示月球的化学成分和热演化历史。

此前对月球样品和地球上月球陨石的研究证实,月球-岩浆活动的生命特征至少持续了28亿至30亿年前,古代岩浆喷发留下的黑色玄武岩形成了“月海”。然而,关于月球上一次岩浆活动的原因和岩浆活动停止的确切时间,科学界一直存在争议。

围绕上述问题,中国科学院地质与地球物理研究所(以下简称地质与地球物理研究所)和国家天文台在多个研究机构和团队的带领下,对嫦娥五号月壤样品中的玄武岩岩屑进行了年代学和岩石地球化学研究。

此次嫦娥五号登月的着陆点位于风暴洋西北部的卢克山附近,距离此前人类的采样点较远。中国科学院院士、地质与地球研究所研究员李说:“嫦娥五号着陆区是月球上最年轻的玄武岩单元之一。在过去,科学家们使用一种计算区域撞击坑的大小和数量的方法来推断这个区域的年龄是10亿到30亿年。但是这种方法存在很大的不确定性。”

在这项最新研究中,研究人员利用超高海拔U-Pb测年技术,对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中的50多种富铀矿物(baddeleyite、Ca-Ti锆石、景海石)进行了分析,确定玄武岩形成年龄为20.3004亿年,证明月球上最年轻的玄武岩为20亿年。也就是说,直到20亿年前,月球上还存在岩浆活动,这比以往月球样品限制的时间长了约8亿年。

“嫦娥五号月球样品中玄武岩的精确年代学数据为撞击坑统计定年曲线提供了关键锚点,这将大大提高内太阳系恒星表面撞击坑的统计定年精度。”李对说道。

月球地幔非常干燥,含水量只有1-5 μ g/g。

2021年7月12日,国家航天局在中国科学院国家天文台举行嫦娥五号任务首批月球科研样品发放仪式。国内共有13家科研机构获得样本,其中包括地质地球研究所在内的7家附属机构参与了此项工作。

科研团队拿到嫦娥五号月球样品后,尽快对其进行了地球化学分析。

李说:“我们的分析表明,嫦娥五号月球样品的特征与阿波罗月球样品基本相同,但颗粒更细,平均为49.8微米。这是什么概念?我们的面粉平均粒度约为75微米,这意味着月球土壤比面粉感觉更细腻。”

研究人员还发现,嫦娥五号月球样品中的玄武岩含铁量非常高,镁含量非常低,是一种全新的类型,来自同一次岩浆喷发事件。

除了月球岩浆活动停止的确切时间外,后期月球岩浆活动的成因一直是一个未解之谜。目前科学界有两种可能的解释:岩浆富含放射性元素提供热源,或者富含水降低熔点。

最新研究基于地质地球所开发的超高空分辨同位素分析技术,获得了意想不到的结果:嫦娥五号月球样品的玄武岩在初始熔融过程中没有涉及富含钾、稀土元素和磷的“克里普克物质”(这些元素在地球化学中被称为“不相容元素”,意思是不容易进入固体的元素)。

李说:“嫦娥五号月球样品中‘克里普克物质’的富集,是由于岩浆后期大量矿物结晶凝固后残留部分的富集。这一结果否定了初始岩浆熔融热源来自放射性发热元素的主流假说,揭示了月球晚期的岩浆活动过程。”

至于岩浆是否富含水分,研究团队利用地质地球研究所纳米离子探针开发的分析技术,计算了嫦娥五号月球样品玄武岩的含水量和氢同位素组成,得出月球地幔的含水量只有1-5 μ g/g,意味着月球地幔非常干燥。

研究人员指出,这一发现也排除了月球地幔由于初始熔融时含水量较高而导致熔点较低的猜想,导致该地区岩浆活动持续时间异常延长。

未来对月球的探索和研究有了新的方向。

专家表示,新的研究成果为未来月球探测和研究开辟了新的方向。“过去,人们认为月球的岩浆活动在30亿到28亿年前几乎停止了。我们的最新研究证实,20亿年前月球上仍然存在岩浆活动。那为什么会有岩浆活动呢?过去人们认为这个地区的放射性元素很高,或者富含水。我们的研究也证实了这不是两个原因。看来我们应该重新思考月球地球化学和热演化的理论和模型。”李对说道。

这一系列成果,作为完全由中国人主导的原创作品,得到了国际专家的高度评价。

德国比尤特大学教授、国际知名行星科学家奥黛丽·布维尔(Audrey Bouvier)说:“精确的年代学研究结果表明,嫦娥五号月球样品的玄武岩形成于20亿年前,比此前认为的月球岩浆活动停止晚了近10亿年。这些研究成果也为月球年轻岩浆活动的成因提出了新的问题和研究方向。”

“到目前为止,月球历史上是否存在30亿年前至10亿年前的岩浆活动,火山喷发的数据记录还是空白,中国科学家发表的嫦娥五号月球样品研究填补了这一空白。”美国加州大学戴维斯分校教授、国际著名同位素地球化学和宇宙化学家尹认为,这一重大发现对太阳系行星表面陨石坑撞击年龄的绝对标定和月球热历史演化的进一步研究具有重要意义。

中国科学院副院长周琦透露:“中国科学院也在积极推进月球样品研究的国际合作。中国科学院与法国研究中心在月球样品合作领域已达成初步共识。”

原标题:深化对月球演化的认识(科技自立)

来源:http://finance . people . com . cn/N1/2021/1020/C1004-32258403 . html