嫦娥6号月球样本揭示了28亿年前的玄武岩, 地幔枯竭来源

2024年11月13日，在中国南部广东省珠海举行的第15届中国国际航空和航空航天展览会上，游客观看了从月球远侧收集的嫦娥-6任务月球样本。从月球远侧收集的中国嫦娥六号任务的月球样本在第15届中国国际航空航天展览会上展出。

根据中国科学院地质和地球物理学研究所李秋丽教授的实验室进行的一项最新研究，嫦娥六号任务返回的玄武岩样本揭示了28亿年前（Ga）和4.2 Ga的月球远侧的火山事件。

李秋丽说，“解开月球远侧的火山历史对于理解月球的半球二分法至关重要。”

月球近侧和远侧之间的不对称性——包括玄武岩分布、地形、地壳厚度和钍（Th）浓度的差异——长期以来一直是一个谜。然而，中国的嫦娥六号任务——第一个从月球远侧返回样本的任务——为探索这个半球的火山活动创造了一个独特的机会，它检索到的是1935.3克的月球土壤样本。

在李秋丽的带领下，博士后研究员张倩对样本中的108个玄武岩碎片进行了系统的放射性同位素测年。其中，107个碎片揭示了2807±300万年前（Ma）的一致形成年龄，表明嫦娥六号着陆点当地玄武岩的喷发年龄。值得注意的是，在近侧样本中没有观察到这种2.8 Ga的火山爆发。

剩余的碎片由高铝玄武岩成，可追溯至4203 ± 4 Ma，被认为起源于着陆点以南的隐土区。这是迄今为止返回的最古老的月球玄武岩样本，其年龄已经精确确定。

这些数据表明，月球远侧的火山活动至少持续了14亿年，从4.2 Ga到2.8 Ga。初步的铅同位素分析表明，这些玄武岩来自不同的地幔来源：4.2 Ga玄武岩来自富含KREEP的来源，即富含钾（K）、稀土元素（REE）和磷（P）的来源，而2.8 Ga玄武岩来自KREEP含量高的来源。

2.8 Ga玄武岩年龄和陨石坑计数估计值之间的密切对齐表明，基于近侧观测建立的陨石坑年表模型也适用于月球远侧。据李称，嫦娥六号玄武岩的放射性同位素年龄为完善月球陨石坑计数年表提供了一个重要的校准点，从而提高了其准确性。

李秋丽的团队的作品于周五在《自然》杂志上发表。同一天，中国科学院广州地球化学研究所徐一刚教授领导的团队对嫦娥6号样本进行的另一项研究发表在《科学》上，该研究发现有证据表明月球远端存在年轻岩浆。

徐一刚说，长江六号返回的样本是月球的远端南极-埃特肯（SPA）盆地，为调查月球全球二分法提供了最佳机会。

地壳厚度被认为是解释月球近侧和远侧之间火山群丰度不对称的关键因素。然而，这一模型一直受到质疑，因为远处的SPA盆地的地壳异常薄，看起来很深，火山形成明显不足。

在最新的研究中，徐一刚的团队还认为地幔源的组成是控制月球火山活动生成的另一个重要因素。Xu说，虽然SPA盆地的地壳很薄，但SPA盆地下的贫化和难治的地幔源在很大程度上阻碍了部分融化。

这项工作还为月球陨石坑年表提供了2.83 Ga的额外校准点，并暗示了2.83 Ga之后的恒定撞击通量。据徐称，这个新校准的年表模型改进了基于月球和其他陆地天体的陨石坑统计的年龄估计工具，也对月球撞击物的进化有额外的影响，这可能与早期太阳系的早期行星迁移有关。