嫦娥|首批月球样品揭秘：嫦娥五号着陆区或曾多次火山喷发

◎采访人员金凤
“嫦娥五号”采集的首批月球样品，能为我们揭示月球的哪些奥秘？
12月13日，中科院紫金山天文台发布，该台徐伟彪研究员及其行星化学科研团队联合南京地质古生物研究所，对月球样品进行研究后发现，样品中有含有极高的钛铁矿含量，确定为高钛玄武岩。
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、中钛玄武岩类型。结合此次研究，学者们推测，嫦娥五号月球着陆区或曾有多次火山喷发。成果近期在线发表于我国综合类学术期刊《科学通报》英文版。
在月球样品中发现极高的钛铁矿含量
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，首次实现了我国地外天体采样返回。
中国科学院紫金山天文台是国内首批获得月球科研样品的13家科研机构之一，研究员徐伟彪作为使用责任人获批两份共计15毫克的月球玄武岩样品。
“此次采集的月球样品是月海玄武岩，它们主要分布在月球正面的盆地中，可能是来自100公里至400公里深处的月幔部分熔融形成的。 ”徐伟彪也是此次论文的通讯作者，他介绍，研究团队利用高分辨率显微CT、扫描电子显微镜、电子探针等对其中一个样品开展了详细的矿物学和三维断层成像研究。
结果表明，该样品属于月球火山玄武岩，具有细粒—中粒次辉绿结构。少量橄榄石斑晶分布在由辉石、斜长石、钛铁矿和其他副矿物组成的基质中。主要组成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号计划取回的高钛玄武岩类型高度一致。
徐伟彪表示，该样品含有极高的钛铁矿含量，体积百分数达17.8vol% ，丰度接近美国阿波罗计划取回的月海玄武岩的最高值18vol% 。
为研究月球火山岩浆能量来源、月幔组成提供线索
“高钛玄武岩很少见，目前在所有收集到的月球陨石中基本没有发现高钛玄武岩。因为钛铁矿处于月球浅层，一般分布在月壳以下与月幔以上的区域，而玄武岩是月球深处月幔物质经高温熔融产生的岩浆喷发出到月表，冷却后凝固而成的一种岩石，所以玄武岩中的钛含量应该很低。 ”徐伟彪解释，之所以会出现高钛玄武岩，学界有一种假说认为，钛铁矿因为比重较重，造成了月幔上重下轻的重力不稳定结构，钛铁矿经过翻转下沉到深部月幔，经过熔融后，与岩浆一起喷发出来，冷却后被“封锁”在玄武岩中。
“这种情况并不常发生，这说明嫦娥五号着陆采样的区域，月幔可能发生过这种翻转，才会产生高钛玄武岩。 ”徐伟彪认为。
【嫦娥|首批月球样品揭秘：嫦娥五号着陆区或曾多次火山喷发】在此次样品中，科研人员还发现了含量达0.5%的磷酸盐矿物， “磷酸盐矿物一般富含稀土元素，还含有放射性生热元素，比如钍和铀，这些元素是产生玄武岩浆的能量来源。 ”徐伟彪说。
值得关注的是，此前国内已有科研团队发布，在嫦娥五号采集的月球样品中发现了低钛、中钛月海玄武岩类型， “在同一地点每次喷发出来的岩浆都来自月幔的同一区域，这个区域此前已经发现了低钛、中钛玄武岩，此次又发现了一种相对少见的富集稀土元素的高钛月海玄武岩，这表明嫦娥五号着陆区历史上至少发生了3次、非常可能是多次火山喷发活动，也说明月幔源区的化学成分不均一。 ”徐伟彪表示，这为研究月球的演化提供了重要线索。
“此次的研究发现，让我们更加好奇，在目前已知的月球演化的晚期，为何还有这么多岩浆，月球内部的热源来源于哪里。 ”徐伟彪认为，高钛玄武岩的发现，将有望解读月幔源区不同物质成分、火山岩浆形成的能量来源和月球晚期火山活动的精细时空分布规律，后续深化研究工作正在进行中。