中國科學院國家天文臺聯合中國科學院地質與地球物理研究所，對嫦娥六號玄武巖樣品開展了巖石礦物學和同位素地球化學綜合分析，成功反演嫦娥六號玄武巖的巖漿演化過程，提出南極-艾特肯（SPA）盆地內玄武巖極其虧損月幔源區形成的兩種機制，為全面了解月球早期的殼-幔演化歷史提供了關鍵信息。

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月背樣品提供獨特契機

月海玄武巖，是由月幔部分熔融產生的巖漿上升噴發至月表形成，是探索月球內部物質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、月殼厚度和化學成分等方面存在顯著的不對稱性，這種差異的成因，是一個懸而未決的科學難題。

此前科學家提出了諸多假設，包括月球早期巖漿洋（LMO）不對稱結晶、月幔不對稱對流、正背面大規模撞擊作用等，來解釋月球的不對稱性成因。從美國阿波羅計劃到中國嫦娥五號，所有月球采樣任務均集中在月球正面，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，中國嫦娥六號任務成功從SPA盆地內月海玄武巖區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，提供了獨特契機，為解決月球二分性成因提供全新的限制條件。

▲南極-艾特肯盆地內月海玄武巖的分布以及嫦娥六號著陸點。

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兩種巖漿演化模型

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

·模型一：LMO結晶形成的深部含石榴石相虧損月幔，經歷1%-1.5%小比例部分熔融，并伴隨66%-75%的分離結晶作用產生玄武質巖漿；

·模型二：受到SPA撞擊或后期火山活動引起的熔體抽取后，淺部虧損月幔源區經過0.7%-1.0%小比例部分熔融，0-40%分離結晶作用產生嫦娥六號玄武質巖漿。

以上兩種巖漿的不同形成過程，對于月球演化歷史具有重要的指示意義。

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

如果嫦娥六號玄武巖源自相對較淺的月幔源區，則超虧損月幔形成與SPA撞擊或后期火山活動引起的熔體提取作用有關。這一過程不僅會導致嫦娥六號月幔源區的不相容微量元素的虧損，還會造成揮發性元素丟失以及同位素分餾。這對于太陽系內小天體表面廣泛發育的大規模撞擊作用，可能引發上地幔熔融進而促進類地天體的早期殼-幔分異演化過程具有一定的啟示意義。

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

無論嫦娥六號玄武巖是源自LMO結晶殘余，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特征提供了關鍵的科學數據。

來源：中國科學院國家天文臺

責任編輯：王穎