月球南极-艾特肯盆地下方更还原的月幔：嫦娥六号揭示月球不对称性的新证据

中国科学家通过嫦娥六号(CE6)返回的首批月球背面样品，利用尖晶石V氧逸度计和辉石Eu氧逸度计测定技术，发现南极-艾特肯盆地(SPA)月幔氧逸度(fO2)平均值为ΔIW-1.93±0.58，显著低于近月面阿波罗和嫦娥五号(CE5)玄武岩(ΔIW-0.80±0.64)，首次揭示了月球近-远侧地幔的氧化还原不对称性，为月球岩浆洋不对称结晶或SPA巨型撞击导致的挥发分脱气机制提供了关键约束。

　　

月球作为地球唯一的天然卫星，其形成与演化过程始终是行星科学的核心命题。长期以来，科学家们通过阿波罗计划和月球探测器获取的近月面样本，构建了关于月幔化学组成的认知体系。然而，月球背面始终笼罩着神秘面纱——由于潮汐锁定效应，人类直到2019年嫦娥四号任务才实现首次月背软着陆，而样本返回更是空白。这种"近月面偏见"严重制约了对月球不对称性（包括地壳厚度、岩浆活动、元素分布等）本质的理解。其中，月幔氧逸度(fO₂)作为控制岩浆演化和挥发性元素行为的关键参数，其全球分布特征至今仍是未解之谜。

中国科学院地质与地球物理研究所的研究团队通过分析嫦娥六号从月球背面南极-艾特肯盆地(SPA)返回的23个玄武岩碎片，首次揭示了远月面地幔异常还原的特征。研究采用尖晶石V氧逸度计和辉石Eu氧逸度计双重验证体系，结合电子探针(EPMA)、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)和纳米二次离子质谱(NanoSIMS)等技术，测定样品中V、Eu等关键元素的分布特征。结果显示CE6玄武岩形成于约28亿年前，其母岩浆氧逸度比近月面样本低约1.2个对数单位，这种差异可能源于月球岩浆洋(LMO)不对称结晶导致的近月面地幔氧化，或SPA巨型撞击(约42.5亿年前)引发的硫(S₂)和一氧化碳(CO)脱气还原作用。该成果发表于《Nature Communications》，为月球双半球不对称演化提供了新的地球化学证据。

关键实验方法
研究团队选取23个CE6玄武岩碎片进行岩相学分析，通过场发射扫描电镜(FE-SEM)确定矿物组成；采用高精度电子探针(EPMA)测定尖晶石中V含量(2372-6621 μg g^-1)；利用LA-ICP-MS分析辉石稀土元素分布；通过NanoSIMS 50L测定硫同位素(δ³⁴S)分馏特征(-2.6‰至1.7‰)；基于尖晶石-熔体V分配系数(D_V^spinel/melt)和辉石-熔体Eu分配系数(D_Eu^cpx/melt)建立氧逸度计算模型。

主要研究结果

1. CE6玄武岩的矿物学特征：样品呈现次辉绿、嵌晶和粗粒结构，含单斜辉石(En_0.2-60.7Fs_20.8-91.1Wo_7.4-39.5)、钙长石(An_82.2-92.5)和钛铁矿，晚期结晶的橄榄石(Fo_0.3-2.1)和陨硫铁(含0.04-3.46 vol%)普遍存在。与CE5样品相比，CE6辉石稀土元素含量显著降低，尖晶石V含量更高。

1. 氧逸度测定结果：辉石Eu氧逸度计显示fO₂为ΔIW-1.97±0.60，尖晶石V氧逸度计结果为ΔIW-1.73±0.04，综合平均值为ΔIW-1.93±0.58，显著低于近月面样本(ΔIW-0.80±0.64)。

2. 硫同位素证据：陨硫铁δ³⁴S分馏(-0.1‰±0.5‰)指示约45%的硫脱气损失，通过反应FeS→Fe⁰+S₂促进地幔还原。

结论与意义
该研究首次证实月球近-远侧地幔存在系统性氧逸度差异，提出两种可能的形成机制：(1)月球岩浆洋不对称结晶导致近月面更多Fe金属下沉至地核，使残留地幔相对氧化；(2)SPA撞击诱发S₂和CO脱气，通过还原反应降低远月面地幔fO₂。这一发现不仅完善了月球不对称演化模型，还为理解类地行星撞击改造成效提供了新视角。未来通过对比SPA盆地与风暴洋克里普地体(PKT)的挥发分同位素组成，有望进一步区分这两种机制。