中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所，對(duì)嫦娥六號(hào)玄武巖樣品開展了巖石礦物學(xué)和同位素地球化學(xué)綜合分析，成功反演嫦娥六號(hào)玄武巖的巖漿演化過(guò)程，提出南極-艾特肯（SPA）盆地內(nèi)玄武巖極其虧損月幔源區(qū)形成的兩種機(jī)制，為全面了解月球早期的殼-幔演化歷史提供了關(guān)鍵信息。

01

月背樣品提供獨(dú)特契機(jī)

月海玄武巖，是由月幔部分熔融產(chǎn)生的巖漿上升噴發(fā)至月表形成，是探索月球內(nèi)部物質(zhì)組成和熱演化的重要窗口。

但月球正面與背面在玄武巖分布、月幔性質(zhì)、月殼厚度和化學(xué)成分等方面存在顯著的不對(duì)稱性，這種差異的成因，是一個(gè)懸而未決的科學(xué)難題。

此前科學(xué)家提出了諸多假設(shè)，包括月球早期巖漿洋（LMO）不對(duì)稱結(jié)晶、月幔不對(duì)稱對(duì)流、正背面大規(guī)模撞擊作用等，來(lái)解釋月球的不對(duì)稱性成因。從美國(guó)阿波羅計(jì)劃到中國(guó)嫦娥五號(hào)，所有月球采樣任務(wù)均集中在月球正面，月球背面樣本的缺乏，使得背面月幔特征一直是未解之謎。

2024年6月25日，中國(guó)嫦娥六號(hào)任務(wù)成功從SPA盆地內(nèi)月海玄武巖區(qū)域帶回了首批月球背面樣品，為研究背面月幔的組成和性質(zhì)，提供了獨(dú)特契機(jī)，為解決月球二分性成因提供全新的限制條件。

▲南極-艾特肯盆地內(nèi)月海玄武巖的分布以及嫦娥六號(hào)著陸點(diǎn)。

02

兩種巖漿演化模型

科研人員利用嫦娥六號(hào)返回樣品中28億年前低鈦月海玄武巖屑，開展了詳細(xì)的巖相學(xué)、礦物化學(xué)和Sr-Nd同位素分析，全面揭示了嫦娥六號(hào)玄武巖的地球化學(xué)組成特征，并提出嫦娥六號(hào)玄武巖的兩種巖漿演化模型。

·模型一：LMO結(jié)晶形成的深部含石榴石相虧損月幔，經(jīng)歷1%-1.5%小比例部分熔融，并伴隨66%-75%的分離結(jié)晶作用產(chǎn)生玄武質(zhì)巖漿；

·模型二：受到SPA撞擊或后期火山活動(dòng)引起的熔體抽取后，淺部虧損月幔源區(qū)經(jīng)過(guò)0.7%-1.0%小比例部分熔融，0-40%分離結(jié)晶作用產(chǎn)生嫦娥六號(hào)玄武質(zhì)巖漿。

以上兩種巖漿的不同形成過(guò)程，對(duì)于月球演化歷史具有重要的指示意義。

如果嫦娥六號(hào)玄武巖源自不受熔體提取影響的深部月幔源區(qū)，則LMO結(jié)晶造成了嫦娥六號(hào)超虧損月幔的形成。這表明月幔源區(qū)在LMO結(jié)晶過(guò)程中正面和背面可能是對(duì)稱的，月球正背面的顯著差異，可能是后期月質(zhì)作用改造結(jié)果的“表象”。

如果嫦娥六號(hào)玄武巖源自相對(duì)較淺的月幔源區(qū)，則超虧損月幔形成與SPA撞擊或后期火山活動(dòng)引起的熔體提取作用有關(guān)。這一過(guò)程不僅會(huì)導(dǎo)致嫦娥六號(hào)月幔源區(qū)的不相容微量元素的虧損，還會(huì)造成揮發(fā)性元素丟失以及同位素分餾。這對(duì)于太陽(yáng)系內(nèi)小天體表面廣泛發(fā)育的大規(guī)模撞擊作用，可能引發(fā)上地幔熔融進(jìn)而促進(jìn)類地天體的早期殼-幔分異演化過(guò)程具有一定的啟示意義。

▲南極-艾特肯（SPA）撞擊對(duì)深部月幔的影響及隨后嫦娥六號(hào)玄武巖的形成模型。

無(wú)論嫦娥六號(hào)玄武巖是源自LMO結(jié)晶殘余，還是后期因熔體提取而造成的虧損，南極-艾特肯盆地之下的超虧損月幔都為了解早期月球的殼-幔演化提供了關(guān)鍵信息。

該研究為月球背面首份玄武巖樣品的巖石成因和月幔源區(qū)特征提供了關(guān)鍵的科學(xué)數(shù)據(jù)。

來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)

責(zé)任編輯：王穎