古老而快速的月球岩浆洋演化：铅同位素证据揭示月球早期分异时限

研究人员通过分析月球陨石NWA 14729的铅同位素组成，解决了关于月球岩浆洋（LMO）分异时限的长期争议。研究获得4406.1±3.2 Ma的Pb-Pb等时线年龄，并发现极高初始铅（HIP）特征，表明月球原始分异在太阳系形成后150 Myr内完成，且LMO持续时间短于94 Myr。该成果为月球早期热化学演化模型提供了关键时间约束，发表于《Science Advances》。

　　

月球形成后的早期演化历程一直是行星科学领域的核心谜题。约45亿年前，一颗火星大小的天体与原始地球相撞，飞溅出的物质形成了今天的月球。这场惊天动地的碰撞让新生的月球被全球性的岩浆洋（Lunar Magma Ocean, LMO）覆盖，就像一锅沸腾的"月球汤"。但随着岩浆洋冷却固化，月球逐渐分异形成壳-幔结构，最后残留的富集钾（K）、稀土元素（REE）和磷（P）的熔体被称为urKREEP。这个关键过程决定了月球的后续演化轨迹，但科学家们对其发生时间争论不休——究竟是太阳系形成后快速完成的"老年说"（约4500 Ma），还是持续较久的"青年说"（约4350 Ma）？

中国科学院地质与地球物理研究所的研究团队通过对月球陨石NWA 14729的突破性研究，为这场持续数十年的争论画上了句号。这块来自西北非洲的月球陨石保存了珍贵的原始信息，其中的斜长岩质橄长岩含有锆石、斜锆石等含锆矿物，就像记录月球童年时光的"时间胶囊"。研究人员采用高精度二次离子质谱（SIMS）技术，对这些矿物进行了铅（Pb）同位素分析，获得了惊人的发现。

研究主要运用了三种关键技术：1）微区X射线荧光光谱（micro-XRF）进行元素分布成像；2）Tescan综合矿物分析（TIMA）确定矿物组成；3）CAMECA IMS 1280HR型SIMS开展Pb同位素原位分析，其中对含锆矿物采用3 μm空间分辨率，对硅酸盐矿物采用30 μm束斑。

结果部分的重要发现包括：

Abstract

研究获得4406.1±3.2 Ma的Pb-Pb等时线年龄，其初始铅组分异常富集放射性成因铅（HIP），表明铅来自μ值（²³⁸U/²⁰⁴Pb）>5000的urKREEP储库，证实月球分异在太阳系形成后150 Myr内完成。

INTRODUCTION

经典LMO模型预测，99%岩浆固化后最后残留熔体形成urKREEP层。但此前对KREEP质岩石的年龄测定结果分散在4340-4380 Ma区间，与古老锆石年龄（>4400 Ma）存在矛盾。NWA 14729中的含锆矿物为破解这一矛盾提供了新机遇。

RESULTS

21个测点数据构成4411.9±2.5 Ma的等时线，过滤污染数据后精确至4406.1±3.2 Ma。HIP特征（²⁰⁴Pb/²⁰⁶Pb≥0.00578，²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb≥1.74670）指示其源自极端富铀环境，这是urKREEP分离的直接证据。

DISCUSSION

三阶段Pb演化模型显示：若月球形成于4500 Ma，urKREEP储库μ值需≥5300，LMO持续时间<94 Myr；若形成于4430 Ma，则μ值需>22000，持续时间<24 Myr。重新校正古老锆石年龄后，发现4350-4406 Ma可能代表月球经历的重大热事件窗口，或是盆地撞击诱发的地壳-地幔物质交换期，也可能是镁质岩套岩浆活动的开始。

这项发表于《Science Advances》的研究确立了三个里程碑式结论：首先，LMO分异必定在太阳系形成后150 Myr内完成；其次，LMO持续时间可能短于94 Myr；最重要的是，4350-4406 Ma的年龄集群反映了月球早期经历的全球性地质"大变革"，可能是潮汐加热或巨型撞击引发的熔融事件。这些发现不仅改写了月球演化史的时间轴，也为理解类地行星的早期分异过程提供了重要参照。