嫦娥五號月壤揭示月球年輕火山成因之謎

10月23日，中國科學家根據對嫦娥五號月壤的研究提出了新的月球熱演化模型，揭開了困擾學術界的一大謎團：為何月球在距今20億年前依然有火山活動。

中國科學院地質與地球物理研究所研究員陳意介紹，月球形成於約45億年前，質量只有地球的約1%，對於如此小的天體來講，理論上它應該快速冷卻，很早就停止火山活動，成為“死亡”星球。

這是月球不同時期岩漿及熱演化示意圖（2022年10月20日繪製）。新華社發（中國科學院地質與地球物理研究所供圖）

嫦娥五號月壤樣品的返回，引發了新一輪的月球研究熱潮。2021年10月中國科學家在《自然》雜誌上發表了三篇文章，揭示了月球火山活動可以一直持續到20億年前，刷新了人類對月球岩漿活動和熱演化歷史的認知。

專家介紹，月球玄武岩是月幔（相當於地球的地幔）部分熔融形成的岩漿經火山噴發至月球表面冷卻結晶形成的岩石。國際學者對持續冷卻的月幔發生部分熔融曾提出兩種假説：一是放射性元素生熱導致月幔升温；另一假説是如果水含量高，會降低月幔熔點。

然而中國科學家對嫦娥五號玄武岩的研究揭示月幔源區並不富含放射性生熱元素，且非常“幹”，排除了以上兩種假説。因此，月球火山活動為什麼持續如此之久，成為新一輪月球研究中的未解之謎。

中國科學院地質與地球物理研究所掃描電鏡與電子探針實驗室工程師原江燕在分析嫦娥五號月壤成分（2022年10月14日攝）。新華社發（中國科學院地質與地球物理研究所供圖）

針對這一問題，陳意率領科研團隊選取了27顆具有代表性的嫦娥五號玄武岩岩屑，採用了最新研發的掃描電鏡能譜定量掃描技術分析了岩屑的全巖主要成分，結合一系列岩石學和熱力學模擬計算，成功恢復了嫦娥五號玄武岩的初始岩漿成分，並與阿波羅樣品的初始岩漿進行對比，推算出它們的起源深度和温度。

研究發現，與阿波羅樣品相比，年輕的嫦娥五號玄武岩的初始岩漿含有更多的鈣和鈦，這表明嫦娥五號玄武岩的月幔源區有更多的富鈣富鈦物質的加入。這部分物質恰恰是月球岩漿洋晚期結晶的產物，且具有易熔的特性，它的加入會顯著降低月幔的熔點，誘發月幔部分熔融形成年輕的月球玄武岩。進一步的模擬計算結果顯示，月球內部經歷十幾億年的持續冷卻，温度僅僅降低了約80攝氏度。

陳意説，該項研究表明，儘管月球內部在持續緩慢冷卻，月球岩漿洋晚期結晶的易熔組分不斷加入到深部月幔，不僅為月幔“補鈣補鈦”，還降低了月幔的熔點，從而克服了緩慢冷卻的月球內部環境，引發長期持續的月球火山作用。

該項成果在最新一期美國《科學進展》雜誌上發表。

（記者劉藝煒、喻菲）