新聞動(dòng)態(tài)楊紅梅、鮮海洋等-Icarus：電子對(duì)分布函數(shù)和ReaxFF分子動(dòng)力學(xué)揭示嫦娥五號(hào)月球鐵橄欖石玻璃的沖擊成因
?月球是地球的唯一天然衛(wèi)星。在月球形成和演化過程中，撞擊作用是月表重要的地質(zhì)過程之一。當(dāng)撞擊事件發(fā)生時(shí)，撞擊引起的擾動(dòng)以沖擊波的形式向前傳播，產(chǎn)生極端的壓力和溫度，這個(gè)過程的極限壓力可超過100 GPa，溫度可超過5000~10000 K。月球礦物在這些極端條件下會(huì)經(jīng)歷各種轉(zhuǎn)變，產(chǎn)生一系列沖擊變質(zhì)效應(yīng)，如高壓相變、熔化、汽化或電離等。因此，月球沖擊變質(zhì)產(chǎn)物的成分、形態(tài)和微觀結(jié)構(gòu)都是反演月球表面撞擊環(huán)境的重要依據(jù)。
?已有研究表明，在沖擊作用下，礦物會(huì)經(jīng)歷非晶化過程，主要有兩種類型：一種是壓力誘導(dǎo)的非晶化，即在高壓作用下，礦物在未經(jīng)歷熔化過程的情況下直接以固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷?，即擊變玻璃；另一種是高溫誘導(dǎo)的非晶化，即礦物在沖擊熱效應(yīng)導(dǎo)致的高溫熔化，形成撞擊熔體玻璃，也常被認(rèn)為是沖擊作用的最高階段。
?橄欖石是月球主要造巖礦物之一。在月表強(qiáng)烈的沖擊作用下，橄欖石會(huì)發(fā)生沖擊熔融現(xiàn)象。然而，目前在人類返回的月球樣品中還沒有明確的證據(jù)表明發(fā)現(xiàn)過沖擊成因的橄欖石玻璃。在對(duì)我國(guó)嫦娥五號(hào)月球樣品的研究過程中，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所朱建喜研究員、何宏平院士團(tuán)隊(duì)的楊紅梅碩士研究生和鮮海洋副研究員等在鐵橄欖石晶體的裂縫中發(fā)現(xiàn)了原位熔化形成的鐵橄欖石玻璃（圖1）。
?采用先進(jìn)微區(qū)分析技術(shù)（TEM-SEM-Raman-TKD）對(duì)鐵橄欖石玻璃進(jìn)行了形貌、成分及結(jié)構(gòu)分析；結(jié)合電子對(duì)分布函數(shù)（ePDF）、反蒙特卡洛（RMC）擬合和ReaxFF分子動(dòng)力學(xué)模擬，表征了鐵橄欖石玻璃的原子結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，形成該玻璃的鐵橄欖石致密熔體固化時(shí)的溫度約3200~3400 K，殘余壓力約1 GPa（圖2）。
?結(jié)合該鐵橄欖石的產(chǎn)狀和形成溫壓條件，研究團(tuán)隊(duì)提出，該鐵橄欖石玻璃是在沖擊破碎過程中形成，而非傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)的沖擊熔融。具體而言，鐵橄欖石在沖擊作用下發(fā)生破碎，產(chǎn)生剪切面，剪切面發(fā)生摩擦產(chǎn)生大量熱量，導(dǎo)致鐵橄欖石發(fā)生局部熔化，迅速淬火形成玻璃（圖3）。該研究不僅從原子尺度解析了月球鐵橄欖石玻璃的形成過程，還發(fā)現(xiàn)了沖擊破碎作用下的剪切熔融新機(jī)制。
?該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金（42241127）、中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所所長(zhǎng)基金（2022SZJJZD-03）、中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)（2021353）、廣東省基礎(chǔ)與應(yīng)用基礎(chǔ)研究基金（2024A1515011513）以及廣東省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2023B1212060048）的聯(lián)合資助。
?論文信息：Hongmei Yang?(楊紅梅), Haiyang Xian* (鮮海洋), Jianxi Zhu?(朱建喜), Xiao Wu?(吳逍), Shan Li?(李珊),?Xiaoju Lin?(林梟舉), Jiaxin Xi?(席佳鑫), Yiping Yang?(楊宜坪), Hongping He?(何宏平).?Impact-induced fayalite glass from Chang'e-5 regolith revealed by electron?pair distribution function and ReaxFF molecular dynamics. Icarus, 2025. doi: 10.1016/j.icarus.2025.116643.
?論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.icarus.2025.116643
圖1. 鐵橄欖石玻璃（Fa-glass）的微觀結(jié)構(gòu)分析
圖2. 鐵橄欖石玻璃的電子對(duì)分布函數(shù)（ePDF）和ReaxFF分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果
圖3. 鐵橄欖石玻璃的形成機(jī)制示意圖
