我国学者与海外合作者在月球火山活动时限研究方面取得进展

　　

图 嫦娥五号月壤样品中3颗火山玻璃珠（volcanic glass beads）电子背散射图像（backscattered electron image）及其U-Pb年龄

　　在国家自然科学基金项目（批准号：42255301）等资助下，中国科学院地质与地球物理研究所李秋立研究团队与国内外合作者在月球火山活动期限方面研究取得进展。研究成果以“月球返回样品揭示120百万年前岩浆活动（Returned samples indicate volcanism on the Moon 120 million years ago）”为题，于2024年9月6日发表于《科学》（Science），论文链接为：https://doi.org/10.1126/science.adk6635。

　　地月大撞击产生的月球质量仅占地球质量的1.2%。因此人们通常认为，相对较大的比表面积使得月球冷却较快，应在较早时期就失去了地质演化的能力。美国阿波罗号和苏联月球号返回的月球样品以及对月球陨石的研究均表明，月球可能在大约30亿前就停止了岩浆活动；但是嫦娥五号的返回样品却发现，月球在20亿年前仍存在大规模的岩浆活动。因而关于月球火山活动的时限还存在较大的不确定性。此外，如果要深入研究月球是否存在更年轻的火山活动通常需要首先利用遥感手段来确定采样选址，然后进行现场采样返回后论证，周期长成本高。

　　月壤中广泛存在有玻璃珠（glass beads），其有火山喷发和陨石撞击两种成因。本研究团队另辟蹊径，利用玻璃珠着手寻找月球火山活动的时限证据。基于阿波罗样品中大量玻璃珠的统计分析表明，绝大多数是撞击成因。因此，需要对玻璃珠进行严格筛选。该研究从3克嫦娥五号月壤样品中挑选出约3000颗玻璃珠，根据是否有矿物残留初步断定了70%以上为撞击成因；通过对其余约800颗的电子探针成分测定，排查出13颗疑似火山玻璃；根据钛含量和镁含量的相关关系，再通过微量元素测定进一步筛选出6颗疑似对象。依据月壤具有重的硫同位素特征、而阿波罗火山玻璃珠具有轻的硫同位素特征，研究通过建立离子探针玻璃珠硫同位素分析方法，论证了以月壤为原材料形成的撞击成因玻璃珠具有较月壤更重的硫同位素，而6颗疑似对象中有3颗具有显著偏负的硫同位素特征，证实为火山成因玻璃珠。对其进行离子探针U-Pb定年，结果为120百万年前。根据其完整形态和富集挥发性元素特征，可以断定该年龄即为玻璃珠形成时间，也就是月球的一次火山喷发时间。该年龄将月球岩浆活动时限再次延长19亿年，即距今约1.2亿年前。

　　该研究工作中玻璃珠的结构、成分、微量元素和硫同位素等分析测试均在中国科学院地质与地球物理研究所电子探针和离子探针实验室测试完成。相关研究对于认识月球这种小星体的地质演化时限提供了新的观测数据，并提出了新的科学问题，是什么机制延续了其地质生命？可以预见，相关地质演化的讨论和探索即将展开。