来源:人民日报
中科院发布嫦娥五号月球研究样品最新研究成果
深化对月球演化的认知(科技自立)
嫦娥五号月壤样本。中国科学院供图
月球上的火山活动什么时候会停止？如何维持过去的岩浆活动？月球内部有多少水？19日，中国科学院发布了嫦娥五号月球研究样品的最新研究成果，并回答了上述问题。证明嫦娥五号月球样品是一种新的月球玄武岩，月球上最年轻的玄武岩有20亿年历史，比以往月球样品限定的岩浆活动时间长了约8亿年。其后期岩浆活动的源区不富集放射性元素，月球地幔源区几乎没有水。
相关研究成果分别于北京时间10月15日和19日发表在《国家科学评论》和《自然》上。
直到20亿年前，月球上仍然存在岩浆活动。
2020年12月17日，嫦娥五号样品舱在内蒙古四子王旗成功着陆，带回1731克月球样品。这是中国首次完成地外天体样本采集，也是人类44年来首次取回新的月球样本。
月球玄武岩是月球和地幔岩浆熔融形成的一种岩石，从火山喷发到月球表面冷却结晶而成。火山活动说明月球有内力。火山活动的停止表明月球失去了内部动力，也就是地质学意义上的“死亡”。因此，对火山岩的研究可以揭示月球的化学成分和热演化历史。
此前对地球上月球样本和月球陨石的研究证实，月球的生命特征——岩浆活动至少持续了28亿至30亿年，古代岩浆喷发留下的黑色玄武岩形成了“月海”。然而，关于月球上最后一次岩浆活动的原因以及岩浆活动停止的确切时间，科学界一直存在争议。
围绕上述问题，中国科学院地质与地球物理研究所(以下简称地质与地球物理所)和国家天文台在多家科研院所的牵头下，对嫦娥五号月壤样品中的玄武岩岩屑进行了年代学和岩石地球化学研究。
嫦娥五号这次在月球上的着陆点位于风暴洋西北部的拉姆克山附近，远离人类以往的采样点。中国科学院院士、地质地球研究所研究员李说:“嫦娥五号着陆区是月球上最年轻的玄武岩单元之一。过去，科学家们使用一种统计该地区撞击坑大小和数量的方法来推断该地区的年龄为10亿至30亿年。但是这种方法有很大的不确定性。”
在这项最新研究中，研究人员利用超高空铀铅(U-Pb)测年技术，分析了嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中的50多种富铀矿物(斜锆石、钙钛锆石、晶海石)，确定玄武岩形成年龄为20.30±0.4亿年，确认了月球最年轻的玄武岩年龄。换句话说，直到20亿年前，月球上仍有岩浆活动，比以往月球样本限定的岩浆活动时间长了约8亿年。
“嫦娥五号月球玄武岩样品的精确年代数据为撞击坑的统计测年曲线提供了一个关键的锚点，这将大大提高内太阳系恒星表面撞击坑的统计测年精度。”对李说道。
地幔非常干燥，含水量只有1-5微克/克。
2021年7月12日，国家航天局在中科院国家天文台举行嫦娥五号任务首批月球科研样品分配仪式。中国共有13个科研机构获得了样品，其中地质地球所等7个附属机构参与了这项工作。
团队拿到嫦娥五号月球样本后，第一时间对其进行了地球化学分析。
李说:“我们分析发现，嫦娥五号月面样品的特征与阿波罗飞船月面样品基本相同，只是粒度稍细，平均为49.8微米。这是什么概念？我们的面粉平均粒径在75微米左右，也就是说月球土壤摸起来比面粉更细腻。”
研究人员还发现，嫦娥五号月球样品中的玄武岩铁含量非常高，镁含量非常低，是一种全新的类型，来自同一次岩浆喷发。
除了月球上岩浆活动停止的确切时间，月球上最后一次岩浆活动的原因仍然是一个未解之谜。目前科学界有两种可能的解释:岩浆富含放射性元素提供热源，或者富含水分降低熔点。
最新研究基于地质地球开发的超高空互分辨同位素分析技术，获得了意想不到的结果:嫦娥五号月球玄武岩样品中未涉及富含钾、稀土元素和磷的克里普克物质(这些元素在地球化学中称为“不相容元素”，是指不能轻易进入固体的元素)。
李说:“嫦娥五号月面样品中克里普克物质的富集，是由于岩浆后期大量矿物结晶固化后残留部分的富集。这一结果否定了初始岩浆熔融热源来自放射性生热元素的主流假说，揭示了月球晚期的岩浆活动过程。”
至于岩浆是否富含水，研究团队利用地质地球研究所纳米离子探针开发的分析技术，计算了嫦娥五号月球样品玄武岩的含水量和氢同位素组成，得出月球地幔的含水量只有1-5微克/克，这意味着月球地幔非常“干燥”。
研究人员指出，这一发现也排除了月球地幔初始熔融因含水量高而熔点低，导致该地区岩浆活动异常延长的猜想。
未来对月球的探索和研究有了新的方向。
专家表示，新的研究成果为未来的月球探测和研究开辟了新的方向。“过去，人们认为月球在大约30亿至28亿年前停止了岩浆活动。我们的最新研究证实，20亿年前月球上仍有岩浆活动。那为什么会有岩浆活动？过去人们认为这个地区的放射性元素含量很高，或者它富含水。我们的研究也证实了不是这两个原因。看来，我们应该重新思考月球的地球化学和热演化的理论和模型。”李对说道。
这一系列成果作为中国人主导的全方位原创作品，得到了国际专家的高度评价。
德国路透大学教授、国际知名行星科学家奥黛丽·布维耶(Audrey Bouvier)表示，“精确的年代学结果显示，嫦娥五号月球的样本玄武岩形成于20亿年前，比此前认为月球岩浆活动停止的时间晚了近10亿年。这些研究成果也为月球年轻岩浆作用的成因提出了新的问题和研究方向。”
“到目前为止，月球历史上有没有30亿年前到10亿年前的岩浆活动？火山爆发的数据记录是一片空白。中国科学家公布的嫦娥五号月球样本研究填补了这个空空白。“美国加州大学戴维斯分校教授、国际知名同位素地球化学和宇宙化学家尹认为，这一重要发现对于绝对标定太阳系行星表面陨石坑的撞击年龄，以及进一步研究月球的热历史演化具有重要意义。
中科院副院长周琦透露:“中科院也在积极推动月球样品研究的国际合作。中科院与法国研究中心在月球样品合作领域达成初步共识。”(记者吴)据
