嫦五月壤研究：月球20億年前仍有岩漿活動

中国科学院10月19日发布了嫦娥五号月球科研样品最新研究成果。研究证明嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩，对着陆区岩浆年龄、源区性质给出全新的认识，月球最「年轻」玄武岩年龄为20亿年，月球冷却的速度可能比之前想的更慢。中科院的科学家们通过三篇《自然》论文和一篇《国家科学评论》论文，展示了上述重要科学问题的突破性进展。 2020年12月17日，嫦娥五号返回舱成功着陆在中国内蒙古四子王旗，带回1,731克月球样品，这是中国首次完成地外天体样品采集，也是人类44年来再次返回新的月球样品。嫦娥五号在月球上的着陆点位于风暴洋西北处吕姆克山附近，远离此前的「阿波罗」和「月球号」采样点。 对来自美国、苏联的月球样本和地球上月球陨石的研究已证实，月球的生命特征之一--岩浆活动至少持续到大约28至30亿年前，古老的岩浆喷发活动留下的黑色玄武岩形成了所见的「月海」。但是，对于月球岩浆活动停止的确切时间，科学界一直存在争议。 在嫦娥五号月壤最新的研究中，科研人员利用超高空间分辨率铀-铅（U-Pb）定年技术，对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物（斜锆石、钙钛锆石、静海石）进行分析，确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年，证实月球最「年轻」玄武岩年龄为20亿年。也就是说，月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，比以往月球样品限定的岩浆活动停止时间延长了约8亿年。此外，中国科学家们采用的超高空间分辨率的定年和同位素分析技术也处于国际领先水平，为珍贵地外样品年代学等研究提供了新的技术方法。 为月球探测研究提出新方向 月球最晚期岩浆活动的成因一直是未解之谜，目前科学界存在两种可能的解释：岩浆中富含放射性元素以提供热源，或富含水以降低熔点。嫦娥五号月壤的最新研究基于中科院地质地球所研发的超高空间分辨率同位素分析技术，取得了意料之外的结果：嫦娥五号玄武岩初始熔融时并没有卷入富集钾、稀土元素、磷的「克里普物质」（这几种元素在地球化学上被称为「不相容元素」，意为不容易进入到固体中的元素），嫦娥五号样品类似克里普物质的特征，是由于岩浆后期经过大量矿物结晶固化后形成的。这一结果排除了嫦娥五号玄武岩源区富含放射性生热元素的主流假说，揭示了月球晚期岩浆活动过程。 对于岩浆源区是否富含水的问题，科研团队利用地质地球所纳米离子探针研发的分析技术，测定了嫦娥五号玄武岩中的水含量和氢同位素组成，获得月幔源区的水含量仅为1-5微克/克，也就是说月幔非常的「干」。科研人员指出，这一发现也排除了月幔初始熔融时因水含量高而具有低熔点，导致该区域长时间岩浆活动的猜想。该系列成果对月球热演化历史研究提出了新的科学问题，月球冷却如此之慢的原因并不清楚，需要全新的理论框架和演化模型，这也为未来的月球探测和研究提出了新的方向。