張樂等-Icarus:碎屑斜長石元素和Sr同位素組成示蹤嫦娥五號(hào)月壤來源
研究月壤的物源對(duì)于認(rèn)識(shí)月表在外動(dòng)力地質(zhì)作用下物質(zhì)遷移過程具有重要的意義。斜長石是月殼中含量最豐富的礦物。早期的研究利用月壤中的碎屑斜長石的An值頻譜來示蹤月壤的物源。然而,月表不同巖石類型(如高地斜長巖、鎂質(zhì)巖套、月海玄武巖等)中的斜長石An值具有較大的變化范圍,且相互重疊(圖1),僅依靠斜長石An值來示蹤月壤物源存在較大的不確定性。
圖1 月海玄武巖(a)高地斜長巖和鎂質(zhì)巖套(b)中的斜長石An值分布
針對(duì)該問題,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所月球樣品研究小組的張樂高級(jí)工程師及合作者統(tǒng)計(jì)了前人報(bào)道的月表不同巖石類型中斜長石的元素和初始Sr同位素組成,發(fā)現(xiàn)Sr含量和Sr同位素在不同的月表巖石類型中存在顯著的差異:高地斜長巖和鎂質(zhì)巖套中的斜長石具有低的Sr含量和初始Sr同位素;克里普巖中的斜長石具有高的初始Sr同位素;月海玄武巖具有高的Sr含量和中等的初始Sr同位素(圖2)。這些特征暗示聯(lián)合使用碎屑斜長石的元素含量和Sr同位素組成可更有效地示蹤月壤的來源。
圖2 月表不同巖石類型(a)和嫦娥五號(hào)樣品(b)中的斜長石的初始Sr同位素組成
該研究首次對(duì)嫦娥五號(hào)月壤中的碎屑斜長石開展了主量元素和微量元素以及Rb-Sr同位素的分析。根據(jù)Sr含量和An值之間的相關(guān)性,嫦娥五號(hào)碎屑斜長石可分為三組(圖3):normal-Sr(group A)、high-Sr(group B)和low-Sr(group c)。
圖3 嫦娥五號(hào)碎屑斜長石(圓形)和玄武巖屑中的斜長石(三角形)Sr(a)和La(b)含量與An值相關(guān)性
A組和B組的斜長石與嫦娥五號(hào)玄武巖碎屑中的斜長石的元素和Rb-Sr同位素組成一致,表明A組和B組的斜長石來源于原地玄武巖的風(fēng)化破碎(圖4)。在分析的82個(gè)碎屑斜長石中,只有兩顆斜長石(~2.4%)被歸類為C組,其Sr同位素與A組和B組斜長石顯著不同,表明其具有不同的來源。
圖4 嫦娥五號(hào)碎屑斜長石Rb-Sr同位素
其中一顆C組斜長石具有高的87Sr/86Sr比值(0.70242)和稀土元素含量(圖3),可能來源于富含KREEP成分的Sharp B撞擊坑或Aristarchus撞擊坑(圖5)。另一顆C組斜長石具有極低的87Sr/86Sr比值(0.69908)和中等偏高的An值(92.3),暗示其母巖可能為鎂質(zhì)巖套,可能來自于Pythagoras撞擊坑。該項(xiàng)研究表明,碎屑斜長石的元素和Sr同位素組成是示蹤月壤物質(zhì)來源的有效工具。
圖5 嫦娥五號(hào)著陸區(qū)周邊地質(zhì)概況圖;藍(lán)色線展示了C組碎屑斜長石可能來自的撞擊坑
該研究主要受中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所所長基金(2022SZJJZD-03)和中國科學(xué)院重點(diǎn)部署科研專項(xiàng)(ZDBS-SSW-JSC007-11)的資助,已發(fā)表于國際期刊《Icarus》。
論文信息:Zhang Le* (張樂), Yang Ya-Nan (楊亞楠), Chen Zhi-Ming (陳志銘), Wang Cheng-Yuan (汪程遠(yuǎn)), Cui Ze-Xian (崔澤賢), Zhang Yan-Qiang (張彥強(qiáng)), Xu Yi-Gang (徐義剛). 2024. Elemental and Sr isotopic compositions of plagioclase as an indicator of lunar source-rock type: Insights from Chang'e 5 plagioclase fragments. Icarus, 413: 116002.

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