新聞動態(tài)嫦娥六號月球樣品首次揭示月背火山活動歷史和月幔性質(zhì)
月球的二分性是指月球正面和背面在形貌、成分、月殼厚度、巖漿活動等方面存在的顯著差異，但是其形成機制仍未得到解決，成為現(xiàn)今月球科學(xué)最大的關(guān)鍵問題之一。阿波羅，月球號和我國嫦娥五號任務(wù)采集到的月球樣品都來自月球正面，但研究月球二分性不能缺少月背樣品。2024年6月25日14時07分，我國嫦娥六號月球探測器攜帶1935.3克月球樣品返回地球，完成了人類首次從月球背面采樣的壯舉。嫦娥六號樣品采集于月背南極-艾特肯盆地東北部的月海玄武巖單元（圖1）。該盆地是月球上最大、最深且最古老的盆地，為厘清月球正面和背面物質(zhì)組成差異、破解月球二分性之謎提供了前所未有的機遇。
圖1 嫦娥六號在月球背面著陸位置
近日，由中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所徐義剛院士和張樂高級工程師領(lǐng)銜的研究團隊在嫦娥六號月球樣品研究方面取得重大進展，為揭示月球二分性、完善全月演化框架提供了關(guān)鍵科學(xué)證據(jù)。相關(guān)研究成果于北京時間11月15日在線發(fā)表于《Science》。
嫦娥六號樣品含有低鈦和超低鈦兩類月海玄武巖（對應(yīng)圖1中遙感識別的中鈦和低鈦玄武巖），其中占主導(dǎo)的低鈦玄武巖代表采樣點原位玄武巖物質(zhì)，而超低鈦玄武巖可能來自于著陸區(qū)東側(cè)的玄武巖單元。利用超高空間分辨率SIMS定年技術(shù)和激光剝蝕多接收電感耦合等離體質(zhì)譜技術(shù)，分別對玄武巖屑中微小含鋯礦物（<5微米）以及斜長石和晚期填隙物開展了微區(qū)Pb-Pb和Sr-Nd同位素分析。Pb-Pb等時線和Rb-Sr等時線給出了一致的年齡，標定嫦娥六號低鈦玄武巖的噴發(fā)年齡為28.3億年（圖2），揭示月球背面同樣存在年輕巖漿活動。與采自月球正面的阿波羅和嫦娥五號樣品相比，嫦娥六號樣品具有極低的μ值（238U/204Pb）和初始Sr同位素比值，以及迄今為止報道的最高的εNd值。這些特征共同指示嫦娥六號低鈦玄武巖具有一個不含克里普物質(zhì)、十分虧損的月幔源區(qū)。
圖2?嫦娥六號月壤中的兩類玄武巖（低鈦和超低鈦）以及低鈦玄武巖同位素等時線
傳統(tǒng)觀點認為，月球背面的月殼較厚，抑制了月海玄武巖噴發(fā)，導(dǎo)致月球正面和背面的月海分布不對稱。然而這一模型不能很好地解釋為什么位于月背，月殼很薄的南極-艾特肯盆地也缺乏大規(guī)模的月海玄武巖漿活動。本研究提出，月球巖漿活動除受月殼厚度影響外，月幔源區(qū)的物質(zhì)組成也是重要的控制因素。盡管南極-艾特肯盆地具有薄的月殼，但該盆地之下虧損難熔的月幔難以發(fā)生顯著規(guī)模的熔融，導(dǎo)致盆地內(nèi)缺乏大規(guī)模的月海玄武巖噴發(fā)。
本研究獲得的低鈦玄武巖年齡結(jié)合撞擊坑統(tǒng)計分析還彌補了月球撞擊歷史研究在～32–20億年間缺乏樣品標定的空白，更新了行星地質(zhì)學(xué)領(lǐng)域廣泛使用的撞擊年代學(xué)曲線。新獲取的撞擊通量模型首次以樣品年齡為約束，證明月球的撞擊通量經(jīng)過早期快速衰退后，在28.3億年前已達到整體穩(wěn)定的狀態(tài)。
本工作得到了中國科學(xué)院（批準號：ZDBS-SSW-JSC007-11）和中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所月球研究項目（批準號：2022SZJJZD-03）的資助。
論文信息：
Cui, Z.X.?, Yang, Q.?, Zhang, Y.Q., Wang, C.Y., Xian, H.Y., Chen, Z.M., Xiao, Z.Y., Qian, Y.Q., Head III, J.W., Neal, C.R., Xiao, L., Luo, F., Chen, J., He, P., Cao, Y., Zhou, Q., Huang, F.F., Chen, L.L., Wei, B., Wang, J.T., Yang, Y.N., Li, S., Yang, Y.P., Lin, X.J., Zhu, J.X., Zhang, L.*, Xu, Y.G.*. 2024. A sample of the Moon's far side retrieved by Chang'e-6 contains 2.83-billion-year-old basalt. Science
