中國科學家首次在地外返回樣品中發現賽石英

【環球網科技綜合報道】6月22日消息，記者從中科院官網瞭解到，近日，中國科學院比較行星學卓越創新中心成員、中科院地球化學研究所杜蔚團隊及其合作者在一塊嫦娥五號月壤粉末光片（編號CE5C0800YJFM00101GP）中發現了二氧化硅的兩種高壓相——賽石英和斯石英，這是首次在地外返回樣品中發現賽石英。

通過研究賽石英、斯石英、似α-方石英的二氧化硅相及二氧化硅玻璃的形態特徵及分佈規律，推斷賽石英和斯石英形成機制為固固相轉變；受撞擊過程的動力學控制，賽石英作為亞穩相在較低壓條件下出現，隨温度的升高部分賽石英轉變為斯石英，因此，該二氧化硅碎屑記錄了一次月表撞擊事件的升壓和緊隨其後的升温和降壓過程。通過其形成的温壓條件結合撞擊條件模擬計算，研究推測該二氧化硅碎屑可能來自嫦娥五號採樣區南面的Aristarchus撞擊坑。該研究是首次在月球返回樣品中確認發現賽石英，為前人通過遙感數據分析提出的嫦娥五號採樣區存在遠處撞擊坑濺射物的觀點提供了重要證據。

據介紹，月球表面遍佈形態多樣和大小不一的撞擊坑，表明其在演化過程中遭受了頻繁撞擊。地球和月球所處的空間位置相近，研究月球的撞擊歷史不僅是月球科學的重要課題，也是窺探地球撞擊歷史的重要窗口。自然界中的高壓礦物主要形成於行星深部或宇宙天體撞擊的高温高壓環境，因此，研究高壓礦物的成分、結構及其形成過程對認識行星內部物質組成和撞擊過程有重要科學意義。

儘管月球隕石和月球返回樣品保存了月表物質遭受撞擊的記錄，但是月球樣品中發現的高壓礦物較少。迄今為止，在月球隕石中只觀察到橄欖石的高壓相（林伍德石和瓦茲利石）、二氧化硅的高壓相（柯石英、斯石英和賽石英）、鋯石的高壓相（雷鋯石）、鈣硬玉以及新的含鈣鋁的高壓礦物Donwilhelmsite（CaAl4Si2O11）。此外，儘管美國和前蘇聯返回了數量較多的月球樣品且已進行了長達五十年的研究，其中卻少見關於高壓礦物的報道，目前僅在一塊阿波羅角礫岩（15299）中發現過斯石英和疑似賽石英的二氧化硅相（Kaneko et al., 2015）。

據悉，賽石英（α-PbO2結構）和斯石英（金紅石型結構）作為兩個重要的二氧化硅超高壓相，在固體化學、地球物理以及行星科學等領域具有重要研究價值。斯石英在受衝擊隕石（普通球粒隕石、火星隕石、月球隕石、灶神星隕石等）中較為常見，其形成機理相對清晰；而賽石英僅在幾塊火星隕石和一塊月球隕石中發現，其形成機制未得到充分認識。此外，高温高壓實驗和理論計算顯示，賽石英的穩定壓力較高（>100 GPa），因此常被當成超高壓的指示礦物。然而，自然界中能產生如此高衝擊壓力的撞擊事件十分罕見。特別是考慮到賽石英的熱穩定性較差，而高衝擊壓力往往伴隨較高的温度，因此，賽石英的出現能否指示超大撞擊事件有待商榷，隕石中斯石英和賽石英的共存機理仍不清楚。

相比於月球隕石來源的不確定性，月球返回樣品具有明確的月面座標等信息，因此在反演月表撞擊過程中具有不可替代的優勢。嫦娥五號返回的月壤樣品為反演月表撞擊過程的研究提供了重要樣品。初步研究表明，嫦娥五號樣品主要由玄武岩組成並含有一定量的衝擊熔融角礫，後者是月表經歷多次撞擊的物證，可能包含來自較遠撞擊坑的濺射物（Qian et al., 2021）。這些濺射物可能具有不同於嫦娥五號採樣區域岩石的特徵（如巖性、年齡等），對豐富月球的物質組成和地質過程的認識有重要作用，而尋找其中的高壓礦物可為濺射物溯源提供線索。遙感探測研究可在大尺度上提供嫦娥五號着陸區撞擊濺射物的分佈和來源等信息，而對返回樣品進行細緻研究可為上述信息提供實證。