井喷!嫦娥五号喜提4篇Science/Nature
月球的岩浆作用在何时停止,即月球在地质意义上何时死亡,一直是月球演化历史研究中的重大科学问题之一。自美国和苏联分别执行“阿波罗(Apollo)”和“月球(Luna)”月球探测任务以来,在对这些样品进行长达52年的科学研究后,人类对月球的地质演化历史有了更清晰的认识,但这个问题仍未得到解决。此前关于月球样品的研究成果也并未发现月球存在晚于29亿年的岩浆活动。
此次嫦娥五号采样位置设计在了月表最年轻的月海玄武岩区域,所采集的样品应含有年轻的月球玄武岩,全世界科学家都满怀希望,盼望着从嫦娥五号样品研究中获得更年轻的岩浆事件结果,以完善月球岩浆演化历史。
月球的 Oceanus Procellarum 区域的特点是钾、钍和铀的浓度很高,这些元素通过长寿命的放射性衰变产生热量,并且可能在月球的近侧持续了长时间的岩浆活动。嫦娥五号飞船在这个区域降落在北纬 43.06 度、西经 51.92 度、吕姆克山 ENE 约 170 公里处,该地区被选中是因为它有望容纳月球上最年轻的玄武岩熔岩。
轨道数据表明,着陆点周围暴露的地质单元(指定为 Em4/P58)具有高水平的 Th(5-8.5 ppm)、中等至高的 Ti 丰度(5-8% TiO2)和高浓度的矿物质斜辉石和橄榄石(分别约为 31% 和 13%)。任务目标是返回通过撞击坑空间密度确定的年轻月球玄武岩样本。
嫦娥五号样品玄武岩背散射(BSE)与能谱(EDS)元素分布图(图源自Science )
表面上撞击坑的数量反映了它的相对年龄,较旧的表面有更多的撞击坑。月球是唯一一个用辐射测年校准撞击坑年龄的行星体,因此月球年表用于推断整个太阳系其他行星表面的年龄。例如,火星的气候演变与月球陨石坑年表直接相关。然而,对于小于~3 Ga的年龄,月球年表是高度不确定的。
月球等小天体上的年轻火山活动在其热演化过程中很难解释。尽管月球上年轻的玄武岩喷发发生在高产热元素(如 K、Th 和 U)的区域,但尚不清楚这种关联是否是在月球深处熔化源岩浆的原因。
嫦娥五号任务收集了这些年轻的月球玄武岩样本,并将它们送回地球进行实验室分析。对样品中的岩石和矿物进行了密集、高强度的元素和同位素分析工作,并在此基础上开展了系统的年代测定。
该研究用详尽的微区原位高分辨率二次离子质谱(SHRIMP)定年数据和坚实的岩石矿物地球化学数据,证明了月球直至19.6亿年前仍存在岩浆活动,使目前已知的月球地质寿命“延长”了10亿年。没有证据表明在产生这些熔岩的月球深部地幔中存在高浓度的发热元素,因此需要对月球岩浆活动的做出其他解释。
总之,该研究证明月球在19.6亿年前仍存在岩浆活动,为完善月球演化历史提供了关键科学证据。
注:部分解析参考自中国地质科学院地质研究所官网介绍。
部分解析链接:
http://www.igeo.cgs.gov.cn/ywjx/kydt/202110/t20211008_682053.html
参考消息:
https://www.science.org/doi/10.1126/science.abl7957
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04100-2
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04107-9
https://www.nature.com/articles/s41586-021-04119-5
https://academic.oup.com/nsr/advance-article/doi/10.1093/nsr/nwab188/6397035?searchresult=1
编辑/审核:Andy
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嫦娥五号
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