月球是怎么“延寿”8亿年的？ 嫦娥五号带回的样品揭示了秘密

　　月亮“活着”到了什么时候？ 这是月球演化历史研究中科学家一直想知道的重大科学问题。

　　一年前，中国科学院地质地球物理研究所(以下简称地质地球所)的科学家利用嫦娥五号带回的月球样品，证实月球在距今20亿年前喷出了炽热的岩浆，将已知的月球地质寿命从8亿年延长到9亿年。

　　那么，月亮是如何“延年益寿”的呢？ 目前，该研究员陈意团队给出了潜在的答案。 他们研究嫦娥五号带回的月面表土岩屑后发现，月球地幔中30多亿年前含有的钙和钛比20亿年前多，导致月球地幔熔点下降，月球地幔经过十几亿年的冷却后，温度只下降了约80 相关成果于10月22日发表在《科学进展》上。

　　嫦娥五号玄武岩与阿波罗玄武岩形成形象。 回答者供图

　　“由子和母亲”探索维持月亮活力的秘密

　　和地球一样，月球大约在45亿年前形成，但其质量只有地球的约1%。 这样的小天体，理论上应该迅速冷却，尽快停止火山活动，成为死亡星球。 但去年10月，嫦娥五号对月球表土样品的首次研究刷新了人类对月球岩浆活动和热演化历史的认识，提出了新的科学问题——月是如何活到20亿年前的。

　　“月球玄武岩像地球的地幔一样，是由月球地幔部分钟溶解形成的岩浆经过火山喷发，冷却到月球表面并结晶化而成的岩石。 ”根据陈氏意向《中国科学报》，对于持续冷却的地幔熔融部分钟，国际学者提出了放射性元素放热导致地幔升温、加水导致地幔熔点下降两种假说。

　　但我国科学家研究嫦娥五号玄武岩后发现，月球地幔源区放射性发热元素不丰富，非常“干”，排除了这两个假说。

　　月球火山活动为什么要持续这么久？ 这成为了新的月球研究中未解决的谜题。

　　陈意说，要解开这个谜题，前提是建立嫦娥五号玄武岩起源的深度和形成温度，即月地幔熔化部分钟时的温度和压力条件。 在此基础上，通过将其与更古老的阿波罗玄武岩进行比较，可以建立新的月球岩浆-热演化模型。

　　阿波罗玄武岩大多形成于距今38亿~31亿年前，由美国阿波罗计划的6次载人登月任务于20世纪1960~70年代采集并带回地球。

　　嫦娥五号玄武岩在由月幔源向月表喷发的过程中，经历了高度结晶分离等一系列演化过程，玄武岩成分发生了显著的变化，如何正确恢复其初始岩浆成分是限定岩浆起源深度和温度的关键。“比如嫦娥五号玄武岩就像月亮的小儿子，阿波罗玄武岩是月亮的长子，他们是月亮母亲按年龄所生的孩子，两个儿子的元素含量有差异。 ”陈意例如说：“根据这种差异，可以反过来推导出‘母亲’出生时的身体状态，也就是月当时内部的状态。”

　　嫦娥五号土样的平均粒度仅为50微米。 粒度越小，意味着其中含有的矿物量等信息越少。 研究小组确立了一些标准，试图找出其中颗粒更大、矿物种类更完整、矿物分布更均匀的岩屑作为初始成分，并反过来推导出当时月内发生部的情况。

　　最终，他们从600多块岩屑中选出具有代表性的岩屑27块，利用最新的扫描电镜光谱定量扫描技术，分析岩屑的主要成分，结合一系列岩石学和热力学模拟计算，成功恢复了嫦娥五号玄武岩的初始岩浆成分，阿波罗低钛玄武岩的初始岩浆成分

　　而嫦娥五号玄武岩的初始岩浆含钙和钛高于阿波罗玄武岩的初始岩浆，即月地幔在20亿年前比30多亿年前含钙和钛多。 这种部分物质正是月岩浆洋晚期结晶的产物，具有溶蚀特性，其加入会显著降低月地幔熔点，诱发月地幔部分熔融形成年轻的月玄武岩。

　　而模拟计算结果表明，嫦娥五号玄武岩形成温度低于阿波罗玄武岩，即月内部持续冷却十几亿年，温度仅下降约80。

　　他们在此基础上发现，月岩浆洋晚期结晶的易溶物质逐渐进入月地幔，不仅是月地幔的“补钙钛”，而且引起月地幔熔点降低，克服了缓慢冷却的月内部环境，长期

　　“裹在毯子里”能维持“年轻”和“热情”

　　月球岩浆洋晚期的结晶产物为什么有更多的钙和钛？ 在十几亿年的冷却下，月内的部温度为什么只下降了约80？ 陈意对此进行了深入解读。

　　今天从地球上看月亮，白色的地方是月陆，黑暗的地方是月海。 科学家发现，月陆表面主要是斜长岩，月海表面主要是玄武岩。 这与月球进化的历史有关。

　　科学家推测，就像地球一样，早期的月球上也有岩浆海，随着冷却、冷却、结晶过程，月核首先形成，然后出现了不同级别的月球地幔。“岩浆洋冷却晶体的过程中，富镁橄榄石的一些物质在晶体早期沉淀在更深的部月地幔中。 然后，密度更轻的斜长石悬浮在上面，漂浮在岩浆洋的表面，形成月坛，即人们看到的月亮的明亮区域。 ”陈意解释说。

　　岩浆洋晚期结晶的主要矿物是单斜辉石和钛铁矿，其显著特征是钙、钛含量高，熔点较低。 这种部分物质密度高，结晶结束后下沉，进入深部月地幔和月核的边界。

　　对于更小的月球火山活动持续时间如此之长，国际科学界普遍预计，月表覆盖的平均厚度为4~5米的月球表层土，就像一条“厚厚的毯子”，使月内的部热量散发相对缓慢。 另外，与地球不同，月球没有板块移动技术，不会把地表的寒冷物质带进内部部，发生物质和能量的交换而使月球“冷却”，这可能也是散热缓慢的原因之一。

　　但是，由于长期以来缺乏定量比较，很难知道月内部散热到底有多慢。

　　通过将嫦娥五号玄武岩与阿波罗玄武岩进行比较，该团队推测，从30多亿年前到约20亿年前，地幔深度相同，温度只下降了约80。

　　论文审稿人表示，这是一项高质量的研究。 “这项研究为年轻的嫦娥五号玄武岩是如何形成的提供了崭新的解释。 确实，自去年年月新年年龄发表以来，这是许多科学家最关心的问题。 ”

　　论文审稿人、英国牛津大学地球科学系的Richard Palin表示，研究小组的解释得到了岩石学建模和岩石学观察的大力支持。

　　新机遇新发展

　　目前，月球的地质生命活动似乎已经完全停止。 那么，将来有可能发现比20亿年更年轻的月球火山活动的痕迹吗？

　　在陈意看来，这是“完全可能”的，是科学研究不断推陈出新的过程。

　　“月亮是什么时候真的死的，至今还是个谜。 “现在，证明月球在20亿年前曾进行过火山活动的唯一确凿证据，当时还活着。 未来有更多样品，可以绘制更完整、更高精度的月球冷却定量曲线，推测地质生命活动的轨迹。 ”

　　那么，月球最新岩浆活动的证据可能藏在哪里？ 据介绍，目前科学家主要通过撞击坑的退休方法推测相关区域的大致形成年龄。 “也许几年后，我们可以采集更年轻的月球样本，了解月球生命最后阶段内的部状态。 ”陈意认为，对月球的研究可能有助于解决认识地球过去“瓶颈”的问题。

　　“由于地球板块构造运动消除了许多古老地球的历史记录，人们还不知道从45亿年前到35亿年前地球经历了怎样的进化过程。 地面月球系统同源，无板块构造的月球地质历史记录非常完整丰富，有助于我们了解地球的过去、现在和未来。 ”他说。

　　在他看来，嫦娥五号、祝融号等外星行星探测项目正在给我国地球和行星科学研究带来新的机遇。 一年多来，随着月面表土样品的返回和首批火星探测数据返回地球，国内行星科研团队迅速壮大。

　　陈意说，外星行星探测将为地球科学研究“打开一扇非常大的大门”。 地质学、地球化学、地球物理、遥感探测、甚至外星生物等地球科学各研究领域将进一步发展。