20亿年前玄武岩进一步揭示月球演化奥秘

  近期,中国科学院地质与地球物理研究所(以下简称地质地球所)联合国家天文台在嫦娥五号月球科研样品研究方面取得突破性进展,证明嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩,对着陆区岩浆年龄、源区性质给出全新的认识,月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年,其晚期岩浆活动的源区并不富集放射性元素,并且月幔源区几乎没有水。相关成果分别于10月15日在《国家科学评论》发表一篇论文、10月19日在国际学术期刊《自然》上发表三篇论文。

  10月19日,中科院就此召开新闻发布会进行解读。会上,中科院副院长、党组成员周琪表示,中科院高度重视嫦娥五号月球样品科研任务,于今年5月立项启动重点部署项目,7家院属单位参与了第一批样品研究工作,今天公布的是此项工作的首批研究成果,是人类关于月球研究最新的突破性进展。同时,中科院还积极推动月球样品研究的国际合作,目前中科院和法国空间研究中心以及法国科研中心已经达成初步共识,未来还将推动更多的国际合作,在更广阔的平台践行习近平总书记提出的人类命运共同体理念。

  此前,对来自美国、苏联的月球样本和地球上月球陨石的研究已证实,月球的生命特征之一——岩浆活动至少持续到大约28至30亿年前,古老的岩浆喷发活动留下的黑色玄武岩形成了所见的“月海”。但是,对于月球岩浆活动停止的确切时间,科学界一直存在争议。

  在最新的研究中,地质地球所科研人员利用超高空间分辨率铀-铅(U-Pb)定年技术,对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物(斜锆石、钙钛锆石、静海石)进行分析,确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年,证实月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年。也就是说,月球直到20亿年前仍存在岩浆活动,比以往月球样品限定的岩浆活动停止时间延长了约8亿年。

  科研人员介绍,科学家曾以一种统计区域撞击坑的大小和数量的方法,推断嫦娥五号着陆区是月球最年轻玄武岩单元之一,这一区域的年龄为10至30亿年,这种方法存在着极大不确定性。此次嫦娥五号玄武岩的精确年代学数据为撞击坑统计定年曲线提供了关键锚点,将大幅提高内太阳系星体表面的撞击坑统计定年精度。此次研究采用的超高空间分辨率的定年和同位素分析技术处于国际领先水平,为珍贵地外样品年代学等研究提供了新的技术方法。

  同时,月球最晚期岩浆活动的成因一直是未解之谜,目前科学界存在两种可能的解释:岩浆中富含放射性元素以提供热源,或富含水以降低熔点。最新研究基于地质地球所研发的超高空间分辨率同位素分析技术,取得了意料之外的结果:嫦娥五号玄武岩初始熔融时并没有卷入富集钾、稀土元素、磷的“克里普物质”(这几种元素在地球化学上被称为“不相容元素”,意为不容易进入到固体中的元素),嫦娥五号样品富集克里普物质的特征,是由于岩浆后期经过大量矿物结晶固化后,残余部分富集而来。这一结果排除了嫦娥五号着陆区岩石初始岩浆熔融热源来自放射性生热元素的主流假说,揭示了月球晚期岩浆活动过程。

  对于岩浆源区是否富含水,科研团队利用地质地球所研发的纳米离子探针分析技术,测定嫦娥五号玄武岩中的水含量和氢同位素组成,获得月幔源区的水含量仅为1-5微克/克,也就是说月幔非常的“干”。科研人员指出,这一发现也排除了月幔初始熔融时因水含量高而具有低熔点,导致该区域岩浆活动持续时间异常延长的猜想。

  该系列成果对月球热演化历史研究提出了新的科学问题,月球冷却如此之慢的原因并不清楚,需要全新的理论框架和演化模型,对未来的月球探测和研究提出了新的方向。

  这是首批由我国科学家主导独立完成的嫦娥五号月球科研样品研究成果,充分彰显出中国科学家的科研水平和创新能力。这些成果得到国际专家的高度评价,美国新墨西哥大学月球与行星科学研究所的查尔斯·席勒高级研究员、卡内基研究所理查德·加尔森研究员等认为该系列成果“提供了迄今为止月球上确定的最年轻的玄武岩的证据”、“改变了我们对月球的热历史和岩浆历史的认识”、“对我们认识月球起源和演化具有重要的意义”。

  该研究获得中国科学院重点部署项目、地质地球所重点部署项目、国家自然科学基金项目和国防科工局预研项目等资助和支持。

  国家航天局相关同志,中科院机关相关部门、地质地球所、国家天文台等单位相关负责人出席发布会。

新闻发布会现场

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