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为探究月球地幔性质，理解月球形成、分化和演化，中国研究人员对嫦娥六号（CE-6）从南极艾特肯盆地（SPA）带回的土壤展开研究，识别出原始月球橄榄石，明确其不同成因，这为月球研究提供了关键依据。
在浩瀚宇宙中，月球一直是人类探索的焦点。它就像一个神秘的宝藏盒，承载着太阳系起源和演化的重要线索。而月球地幔，作为月球内部结构的关键组成部分，对揭示月球的形成和早期分化过程至关重要。长期以来，科学家们渴望了解月球地幔的奥秘，却面临诸多挑战。自 1969 年阿波罗任务首次带回月球样本后，月球科学家们就踏上了寻找月球地幔物质的漫长征程。虽然在月球陨石中发现了可能代表月球地幔的橄榄岩碎片，但从样本返回任务中，始终未找到确凿的地幔物质。目前，人们对月球古代和现代地幔的认知，大多基于物理化学模型、实验室实验、地球物理和遥感观测以及对火山产物的综合分析，然而这些知识缺乏直接样本的验证，急需新的突破。
为了深入了解月球地幔的真实面貌，中国地质大学（北京）等研究机构的研究人员，针对嫦娥六号从月球南极艾特肯盆地取回的样本展开了深入研究。他们通过一系列分析，成功识别出样本中的原始月球橄榄石，这一发现意义重大，为研究月球地幔打开了新的窗口。相关研究成果发表在《Nature Communications》上。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。利用 Tescan 集成矿物分析（TIMA）技术，确定了 CE-6 土壤的主要元素分布；通过扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）、电子探针微分析（EPMA）以及激光剥蚀 - 电感耦合等离子体质谱（LA-ICPMS），对橄榄石的成分进行了详细测定；借助二次离子质谱（SIMS）分析了橄榄石的氧同位素组成；还运用相关模型对月球岩浆洋（LMO）结晶过程中橄榄石的镍（Ni）和钴（Co）含量进行模拟。
研究结果
- 橄榄石的特征与分类：在约 12 毫克的 CE-6 土壤中，研究人员识别出 63 颗橄榄石颗粒。根据质地和化学成分，可将橄榄石分为三组。其中，I 组橄榄石最大，边缘有溶解特征，内部均一，Fo（镁橄榄石含量指标，Fo = 摩尔 Mg/(Mg + Fe)×100）和 Ni 含量较低；II 组橄榄石多呈漏斗状，有低 Fo 和低 Ni 的残留核心以及高 Fo 的幔部；III 组橄榄石呈多面体或漏斗状，具有最高的 Fo 和 Ni 含量。
- 橄榄石的起源判定：通过分析氧同位素组成、FeO/MnO 比值和 Ni 含量等特征，研究人员发现 CE-6 橄榄石具有月球本土起源的特征。I 组和 II 组橄榄石的 Ni 含量低于 300ppm，可能起源于 Mg-suite，代表了地壳水平早期形成的 Mg-suite 橄榄石堆积物，后来被卷入更富镁的喷发熔岩中并被带到月球表面。而 III 组橄榄石由于其高 Fo 和高 Ni 含量，与典型 Mg-suite 起源不符，它可能是由未被识别的超镁铁质熔岩结晶形成，也可能是从具有类似地球初始成分的月球岩浆洋（LMO）中首次结晶的橄榄石。
- 橄榄石到达月球表面的过程：研究认为，橄榄石在 CE-6 土壤中含量稀少。月球早期，LMO 中密度较低的橄榄石堆积物上升并侵入上地幔，经历减压熔融产生 Mg-suite 原生熔体，形成深部 Mg-suite 侵入体，此时形成了 I 组橄榄石和 II 组橄榄石的残留核心。随后，SPA 盆地形成的撞击事件移除了上部斜长岩地壳，挖掘出深部镁铁质岩性，使得晚期超镁铁质熔岩得以喷发。这些熔岩裹挟着地幔橄榄石（III 组）和地壳橄榄石（I 组），并与地壳橄榄石反应形成 II 组橄榄石，最终将不同深度形成的橄榄石混合带到月球表面。
研究结论与讨论
本次研究通过对嫦娥六号带回的月球样本进行分析，成功识别出原始月球橄榄石，并对其起源和到达月球表面的过程进行了深入探讨。这一研究成果为月球地幔的研究提供了直接的样本证据，有助于更准确地理解月球的形成、分化和演化过程。尤其是 III 组橄榄石的发现，为研究月球早期演化提供了新的视角，无论是其可能来自未被识别的超镁铁质熔岩，还是月球岩浆洋首次结晶的橄榄石，都为后续研究指明了方向。未来，对 CE-6 返回样本的进一步深入研究以及更多的月球探索任务，有望揭示更多关于月球地幔的秘密，推动人类对月球乃至太阳系演化的认知。
