中科院：月球土特產——從阿波羅11號到嫦娥5號（上）_風聞

2020年12月17日嫦娥5號返回器攜帶1731克月球表土樣品返回地面，是我國2004年開始實施的探月工程重大標誌性成果，中國也成為繼美國和前蘇聯之後成功地將月球樣品送回地球的國家。我國科研人員在樣品返回後立即對其展開了系統的研究工作。廣大讀者極其關心相關研究結果，都想一探嫦娥月樣的真貌。為此，本期“科普園地”欄目刊登楊蔚研究員領銜的本刊特約文章，旨在全面介紹迄今人類空間探測活動所獲得的全部月球樣品，並**突出分析我國嫦娥5號樣品與阿波羅登月返回樣品的比較，以及所取得顛覆性的最新科學成果。**全文系統科學地總結了月球表土樣品的分類、性質、成因及其在月球演化研究中的意義。文章圖文並茂、文字通順、簡潔易懂，既不失科學嚴謹性，又具有文學可讀性，是一篇優秀的專業性科普文章，相信一定會受到廣大讀者的歡迎。我們熱切地期待廣大青年研究生羣體，能投身到方興未艾的深空探測偉大事業中來，迸發青春活力，為中華民族的偉大復興事業建功立業！

作者信息

楊蔚，潘梓凌

1. 中國科學院 地質與地球物理研究所，地球與行星物理重點實驗室，北京 100029；

2. 西北大學 地質學系，西安 710069

**引用格式：**楊蔚，潘梓凌. 2023. 月球“土特產”：從阿波羅11號到嫦娥5號. 礦物岩石地球化學通報，42（6）：doi:10. 19658/ j. issn. 1007-2802. 2023. 42. 127

**基金項目:**國家自然科學基金資助項目(42241103)

**第一作者及通信作者簡介：**楊蔚,1981 年生,2007 年在中國科學技術大學地球化學專業獲博士學位,現為中國科學院地質與地球物理所研究員、博士生導師。長期從事岩石地球化學、比較行星學、離子探針分析技術研究。2013 年獲國家優秀青年科學基金,2016 年獲中國礦物岩石地球化學學會侯德封獎。嫦娥三號、四號任務科學家團隊成員,嫦娥五號月球樣品使用責任人,載人航天工程月球與行星科學專家組專家,在嫦娥三號、四號着陸區月壤物質組成,嫦娥五號月球玄武岩地球化學特徵和形成機制等研究中取得系列成果。在Nature、PNAS、NSR 等國內外高水平期刊發表論文100 餘篇,SCI 總引4000 餘次,h-index 33。

E-mail: [email protected]

月球是夜空中最耀眼的天體，自古以來，人們就對它充滿了好奇。唐代詩人李白在《把酒問月》中問道：“青天有月來幾時”（圖1）。這亙古如斯的明月，究竟是何時開始存在的呢？事實上，這個問題仍然是今天月球科學最重要的科學問題之一：月球是何時以何種方式形成的（林楊挺, 2010; 張騰飛等, 2023）？

圖1 李白《把酒問月》意境圖

Fig. 1 Imaginary scenario for Li Bai’s poem - Asking the Moon with my liquor

儘管在很多細節上仍然存在爭議，當前科學界基本達成了共識：月球形成於一次大的碰撞 (Asphaug, 2014; Barr, 2016)。在距今45億年前，一個火星大小的天體忒伊亞（Theia）撞上了剛剛誕生不久的原始地球，碰撞濺射物圍繞地球吸積形成了月球 (Hartmann and Davis, 1975; Cameron and Ward, 1976)。這個神話般的假説之所以能夠誕生，上世紀六七十年代美國阿波羅（Apollo）和蘇聯月球號（Luna）從月球帶回的“土特產”（岩石和土壤）功不可沒（Pernet-Fisher et al., 2019; Papike et al., 1998; Taylor et al., 2006）。

就像地球的岩石和土壤一樣，月球的岩石和土壤也記錄了它的形成和演化歷史（楊蔚, 2022; Papike et al., 1998）。所不同的是，地球至今仍是一個活躍的行星，持續的板塊運動和岩漿活動導致地表出露的古老岩石非常稀少，使得我們對早期地球知之甚少 (李三忠等, 2015)；而月球上卻保留了大量30億年前的古老岩石記錄 (Warren and Taylor, 2014)。因此，月球的岩石和土壤不僅能幫助我們揭開月球形成和演化之謎，而且也是我們理解早期地球的一個重要窗口。

此外，作為離地球最近的天體，月球是人類走向深空的前哨站。隨着科學技術的進步，在月球上建設基地已成為人類共同的願景（圖2），原位利用月球資源是保障月球基地建設和運行的重要途徑 (劉建忠等, 2022)。月面上的岩石和土壤是最容易獲取的資源，可作為建築材料的原料，也可用於提取金屬、非金屬、揮發分等礦產 (Crawford, 2015; McKay et al., 1991)。因此，查清月球各類岩石和土壤的物理化學性質及其分佈，對於未來月球基地的建設和運行至關重要。

引自劉建忠等 (2022)

圖2 未來月球基地的藝術圖

Fig. 2 Future lunar base dipicted by artist

綜上所述，無論是理解月球和地球的歷史，還是面向深空探測的未來，認識月球岩石和土壤，都是我們的必由之路。儘管從1969年阿波羅11號到2020年嫦娥5號，人類已經成功完成了10次月球採樣，共採集了383.77  kg月球樣品，但對大多數人而言，這些取自月球的“土特產”仍然是神秘而陌生的。關於月球樣品、月球岩石和月球土壤已經有不少綜述論文 (McKay et al., 1991; Taylor et al., 1991; Papike et al., 1998; Chen et al., 2023)，但是非專業人士理解它們仍然存在困難。本文旨在向月球科學界以外的讀者介紹月球“土特產”，嘗試用通俗的語言回答如下問題：月球岩石和土壤長什麼樣？有什麼特徵？與地球岩石和土壤有什麼區別？阿波羅計劃採集的月球岩石和土壤“書寫”了怎樣的月球故事？嫦娥****5號月壤與阿波羅月壤有什麼不同？我們又從中獲得哪些新的故事？

為了便於讀者理解本文的內容，表1中列出了本文涉及的主要專業名詞和術語的解釋。

表1 本文涉及的名詞和術語的解釋

1****採樣位置及地質背景

迄今為止，人類共完成了10次月球採樣（表2），採樣地點均在月球正面（圖3）。前9次採樣是在20世紀六七十年代，美國在1967－1972年完成了6次載人登月，共採集了381.71 kg月球樣品，蘇聯在1970－1976年完成了3次無人登月採樣，共採集了0.326 kg月球樣品。此後，在長達44年沉寂後的2020年，我國嫦娥5號任務從月球採集了1.731 kg樣品。

 表2  月球表面採樣一覽表

Table 2 List of lunar surface samples

嫦娥6號預選着陸區位置引自Zeng等 (2023b)

圖3 人類10次月球採樣位置及嫦娥6號預選採樣區

Fig. 3 Sampling sites of the 10 lunar sample-return missions and the selected sampling area of Chang’e 6

通過研究從月球帶回來的岩石和土壤樣品，我們對月球形成和演化歷史的認識有了質的飛躍。圖4總結了採樣任務的時間線，及其取得的標誌性成果。**重要的科學發現主要來自阿波羅和嫦娥****5號樣品，而月球號的所得非常有限，因為月球號只採集到了微細的月壤樣品，受制於50年前分析技術水平，並沒有從中獲得有影響力的發現。**50年後的今天，我國嫦娥5號任務儘管也只採集了月壤樣品，但憑藉先進的微區分析技術，仍然取得了一系列重要科學發現 (Chen et al., 2023)。值得注意的是，最近俄羅斯贈送我國1.5 g月球16號月壤樣品，如果使用最先進的技術重新研究，將有望獲得新的科學發現。

圖4 月球採樣大事記及主要科學發現

Fig. 4 Lunar sampling milestones and their main scientific findings

1.1****月球地理和地質單元

為理解各個採樣位置的特點，我們首先介紹一些月球地質的背景知識。

月球表面總體上可以分為月海（Mare）和高地（Highland）兩大地理單元。這種劃分最早可以追溯到16世紀人們開始使用望遠鏡觀測月球，他們發現在潔白的月面上，存在一些黑色的斑塊，並錯誤地認為這些黑色斑塊是海洋，因而稱之為月海，而其餘的區域則認為是陸地，也稱高地。儘管後來人們發現月球上並沒有海洋，但是月海和高地的名稱卻一直沿用下來。

但是，根據月球表面的地形和顏色劃分的地理單元，無法體現月球不同區域深部結構或物質組成的差異。隨着1990’年代美國克萊門汀號（Clementin）和月球勘探者號（Lunar prospector）對月球地形地貌、礦物和元素組成的詳細探測 (Nozette et al., 1994; Binder, 1998)，科學家將月球劃分為三大地質單元：風暴洋克里普巖地體（Procellarum KREEP Terran， PKT）、長巖質高地地體（Feldspathic Highlands Terrane，FHT）和南極艾特肯地體（South Pole-Aitken Terrane，SPAT） (Jolliff et al., 2000) （圖5）。這種劃分方法主要基於全月鐵（Fe）和釷（Th）的分佈，月球表面絕大部分（>60％）區域是低鐵和低釷的，只有兩塊區域比較特殊，一塊是風暴洋克里普地體，以高釷含量（>3.5 μg/g）為特徵；另一塊是南極艾特肯地體，它是月球最大的盆地，其鐵和釷含量均較高（圖5）。這種差異很可能反映的是不同區域深部月殼組成的不同，月球也因而被分為了上述三個地體。風暴洋克里普巖地體因可能富含一種叫做克里普的物質（高釷含量）而得名，而南極艾特肯地體則很可能反映的是大型撞擊事件將深部月殼或上月幔的物質挖掘至了月表，剩下的區域都被劃分為長石質高地地體，代表了主要由斜長石構成的原始月殼。

克里普物質以富含鉀（K）、稀土（REE）和磷（P）為主要特徵，元素符號拼在一起為“KREEP”，即克里普。現有的月球形成和演化理論認為，月球形成之初，曾被深達數百千米的岩漿洋覆蓋，克里普被認為是岩漿洋冷卻到最後階段（>99%）剩下的殘餘熔體，它高度富集不相容元素，如鈾（U）、釷、鉀、稀土、磷等，並最終固結於月殼和月幔之間。人們並未找到過真正的克里普巖，只是在一些月球岩石中觀察到了克里普的特徵。根據月面釷含量分佈圖（圖5），克里普物質在全月的分佈可能並不均勻，很可能只集中分佈在風暴洋克里普地體。

引自Jolliff等(2000)

圖5 月球三大地體和全月FeO和Th分佈圖

Fig. 5 Three major lunar terranes and global FeO and Th distribution maps

1.2****採樣位置

如圖3所示，所有****10次採樣的位置都集中在月球的正面，前9次採樣甚至集中在正面的低緯度地區（<30°），只有嫦娥5號採樣點在中緯度地區。如果用一個多邊形覆蓋前9次採樣點，其面積僅佔月球表面的4.4%，而如果僅覆蓋阿波羅採樣點，那麼其面積僅佔月球表面的2.7% (Warren and Taylor, 2014)。這也説明儘管對月球完成了10次採樣，但是樣品的代表性仍然遠遠不夠，應該不足以覆蓋月球上所有的岩石和土壤類型。

從地理單元的角度看，有7次採樣位置是月海，僅有阿波羅14號、16號和月球20號3次採樣位置是高地（圖3）。月海和高地所採集的岩石樣品，類型顯著不同（表2）。月海的主要岩石類型是月海玄武岩，而高地則是以斜長巖為主的高地岩石。這也意味着，月海和高地在顏色上的差異，主要源於岩石類型的差異。

從地質單元的角度看，有4次採樣位於風暴洋克里普地體，另外6次採樣位於長石質高地。目前還沒有來自南極艾特肯地體的樣品，這主要是因為去月球背面採樣更加困難。值得一提的是，我國嫦娥****6號任務將於2024年前往南極艾特肯地體採樣 (Zeng et al., 2023b)，既實現首次月球背面採樣，也實現首次南極艾特肯地體採樣，這將是月球探測歷史上的又一次里程碑。

2****月球樣品

1969年7月20日，阿波羅11號成功着陸月球靜海（Mare Tranquillitatis），宇航員阿姆斯特朗（Neil Armstrong）在月球上留下了第一個人類的腳印。他在無線電中説：“That’s one small step for [a] man, one giant leap for mankind.” 從此，一張印有人類腳印的照片就成了美國載人登月的標誌（圖6）。

圖6 阿姆斯特朗在月面工作的照片（a，引自NASA AS11-40-5886）和奧爾德林在月面留下的腳印的照片（b, 引自NASA AS11-40-5877）

Fig. 6 Photos of Neil Armstrong and of Buzz Aldrin’s footprints on the Moon

有趣的是，這張著名照片中的腳印並不是阿姆斯特朗的，而是他的同伴奧爾德林（Buzz Aldrin）的。更加有趣的是這個腳印還是科學實驗的一部分，用於調查月表物質的物理特性。通過腳印實驗，我們能夠推斷月球表面覆蓋着一層鬆散的細粒物質，被稱為“表土”（regolith，也被譯作表壤或風化層），月球表面幾乎完全被表土所覆蓋 (McKay et al., 1991)。月球表土形成於岩石的太空風化，即隕石或微隕石撞擊和粒子轟擊的破碎和改造。月海表土的厚度通常約為4~5 m，而高地的表土層平均可達10~15 m。由於採樣技術的限制，10次採樣任務所獲得的月球樣品均來自表土層 (McKay et al., 1991)。也就是説，目前還沒有采到月球基岩的樣品，所有岩石樣品也都是來自表土層的“無根”岩石。

2.1****月球表土層

需要説明的是，月球表土和月壤（lunar soil）是有區別的，但二者常容易混淆。月球表土是指覆蓋月球表面的這一層鬆散物質的總和，包括石塊甚至巨石，也包括非常微細的顆粒物。而月壤則特指月球表土中的細粒部分，即粒徑小於1 cm的部分。如果拿個孔徑1 cm的篩子篩一下月球表土，那麼大於1 cm部分的部分，就是月岩，而小於1 cm的部分就是月壤。嫦娥****5號從月球表土層採集的樣品是屬於月球表土樣品，但是，由於沒有見到其中包含有大於1 cm的岩石樣品，因此也可以稱其為嫦娥5號月壤樣品。

我們對錶土並不陌生，因為地球上也覆蓋了表土，地球表土和月球表土一樣，都是岩石風化後形成的鬆散堆積物 (Keith and Colin, 2009)。火星和小行星等其他天體也有表土，由於不同天體表面的空間環境不同，風化過程也截然不同。地球上的風化主要是水、大氣和生物與岩石發生相互作用 (Keith and Colin, 2009)，而月球表面無液態水、無大氣、無生物，其遭受的是隕石或微隕石撞擊和粒子轟擊對岩石的破碎和改造 (McKay et al., 1991)。因此，月球和地球的表土剖面是截然不同的，其主要差異就是月球表土主要受破碎、熔融、濺射、混合等物理過程控制，而地球表土則主要與水蝕變、氧化、生物過程相關，含有泥土、黏土礦物、微生物和有機質等（圖7）。

（a）修改自 H？rz 等（1991）；（b）修改自McQueen和Scott（2008）

圖7 月球和地球表土剖面對比

Fig.7 Comparison of regolith profiles of the Moon and Earth

月球表土是固體月球和宇宙空間之間的實際邊界，記錄了月球及其所處的空間環境的信息。不僅人類的10次採樣都來自表土層，月球探測數據也都來自於表土層，例如：阿波羅15號和17號的熱流計是在表土層內測量的，阿波羅歷次月震儀也都佈設在表土層，軌道器上的光譜、伽馬譜等科學載荷探測的也是表土。此外，表土也將是未來月球基地建設、採礦、道路建設和資源開採的重要原材料之一。

儘管月球表土中常包含石塊，甚至巨石，但其絕大部分是由小於1 cm的顆粒組成的 (Papike et al., 1998)。阿波羅11號樣品返回後，研究團隊將樣品按照粒度進行了分類研究：A類為含氣孔火成岩，B類為結晶火成岩，C類為角礫岩，D類為粒徑小於1 cm的細粒物質，即把小於1 cm的部分（D類）作為一個整體來研究 (LSPET, 1969)。隨着樣品越來越多，表土中小於1 cm的細粒部分都被定義為月壤（lunar soil），而大於1 cm的粗粒部分則被當作岩石樣品來研究 (McKay et al., 1991)。這逐漸成為了月壤（小於1 cm部分）和月岩（大於1 cm部分）的劃分依據。接下來，我們將分別介紹月岩和月壤樣品的分類和特點。

2.2****月岩

**月球岩石樣品主要來自6次阿波羅載人登月任務，而其他4****次無人採樣任務都只採集到了月壤，沒有采集到岩石。**月球岩石可以分為3種類型，分別對應月殼形成的3種方式：①高地岩石，年齡最老，以斜長巖為主，包含鎂質巖套、鹼性岩套等，形成於月球形成之初的岩漿洋的冷卻；②月海玄武岩，包括火山熔岩和碎屑岩，形成於深部月幔部分熔融引發的火山噴發；③角礫岩，由岩石和礦物角礫（碎片）混合固結而成，形成於月球遭受的持續的隕石撞擊作用。角礫岩的物源既可以是高地岩石，也可以是月海玄武岩，或者二者的混合。

構成月球岩石的主要礦物有斜長石、輝石、橄欖石和鈦鐵礦，不同類型的岩石這4種礦物的比例是不同的（表3）。

表3 月球高地和月海主要岩石類型的典型礦物含量

Table 3 Typical mineral contents of the major rock types in the lunar highlands and lunar seas

2.2.1****高地岩石

顧名思義，高地岩石來自於月球高地。1970年，Wood等 (1970)在研究阿波羅11號月壤時，發現其中存在一種完全出乎意料的(totally unanticipated)岩屑(尺寸1~5 mm)——斜長巖，並據此提出了著名的岩漿洋假説。後來在阿波羅12號和14號任務採集的角礫岩中也發現了類似的高地來源的物質。但真正採集到月球高地岩石的是1971年的阿波羅15號，宇航員艾爾文（James Irwin）和斯科特（David Scott）發現了一塊“美人”（“That really is a beauty”），一塊幾乎全部由鈣長石（富鈣的斜長石）構成（佔98%）的岩石（編號：15415），重約270 g（圖8a），可能代表最原始的月殼，因此被命名為創世巖（Genesis Rock）。此後，阿波羅16號任務採集到一塊更大的斜長巖（編號：60025），重達1836 g（圖8b）。

（a）阿波羅15號斜長巖15415（NASA S-71-42951）；（b）阿波羅16號斜長巖60025（NASA S-72-42587B）

圖8 月球斜長巖照片

Fig. 8 Photos of the lunar anorthosites

高地岩石中最主要的岩石類型是鐵質斜長巖（ferroan anorthosite），它幾乎全部由斜長石構成（>90%），含有少量（<10%）的橄欖石和輝石。根據經典岩漿洋假説，岩漿洋冷卻至60%~70%時，斜長石開始結晶，並由於密度小而上浮堆積在岩漿洋頂部，形成了鐵質斜長巖。與地球上的斜長巖相比，月球鐵質斜長巖中斜長石的鈣含量要高得多，其An值（斜長石中鈣長石所佔摩爾百分比）高達 94~96，反映月球總體上極度虧損鹼性元素，如鈉（Na）和鉀。同時，鐵質斜長巖中橄欖石和輝石的鐵含量較高而鎂含量較低，其Mg#值（橄欖石或輝石中鎂橄欖石或鎂輝石所佔摩爾百分比）為 40~70，這也是其被稱為鐵質斜長巖的原因（圖9a）。

圖9 月球高地岩石樣品的礦物成分與形成年齡（修改自Shearer et al., 2015）

Fig. 9 Mineral chemistry and ages of the lunar highland rocks

除了斜長巖，高地岩石還包含有鎂質巖套（magnesian suite）和鹼性岩套（alkali suite）。鎂質巖套主要包括純橄巖（橄欖石佔90%以上）、橄長巖（主要由斜長石和橄欖石構成，圖10a）和輝長岩（主要由斜長石和輝石構成），其中橄欖石和輝石的鎂含量相對較高，斜長石的鈣含量比鐵質斜長巖略低（An = 86~93，圖9a）；鹼性岩套主要包括鹼性斜長巖（含有相對富鈉的斜長石An = 70~85，圖9a）、蘇長巖（由斜長石和斜方輝石構成，圖10b）和輝長蘇長巖（由斜長石、單斜輝石和斜方輝石構成）。在月球岩石中，它們都是鹼性元素含量最高的岩石，因此被命名為鹼性岩套，其橄欖石和輝石比鎂質套巖更富鐵。

（a）阿波羅17號橄長巖76535（NASA S-73-19455）；（b）阿波羅17號蘇長巖77215（NASA S-73-17779）

圖10 月球橄長巖和蘇長巖照片

Fig. 10 Photos of the lunar troctolite and norite

鎂質巖套和鹼性岩套都屬於侵入岩，即由未能噴發至月表的岩漿，最終侵入到（停留在）斜長巖月殼中冷卻形成，它們的發現揭示了深部月殼物質的多樣性。二者都包含不同程度的克里普組分，形成於44.2~41.8億年前，與斜長巖的形成年齡有部分重疊（圖9b）。

2.2.2****月海玄武岩

月海玄武岩是最容易理解的月球岩石，因為玄武岩也是地球上的主要岩石類型，已有大量詳細的研究。月海玄武岩起源於月球深部100~400 km處的月幔，月幔熔融產生的岩漿在浮力作用下上升並噴發至月球表面。由於月海玄武岩比地球玄武岩含有更多的鐵、更少的硅（Si）和鋁（Al），其岩漿的粘度更低，流動性更好，可以形成範圍大但厚度薄的熔岩流，填充了月海盆地。

**阿波羅11號採集的第一塊月球岩石就是月海玄武岩（編號：10003，圖11a），初步的研究表明，相比於地球玄武岩，其鈦（Ti）含量非常高（TiO2 = 8%~12.5%） (LSPET, 1969)****。**其後的阿波羅12號任務着陸在月球風暴洋的東南角，遙感探測顯示其着陸區相比於阿波羅11號光譜上略微有點發紅，因此推測其玄武岩成分與阿波羅11號不同。研究結果顯示，阿波羅 12 號玄武岩（圖11b）的鈦含量比阿波羅 11 號玄武岩要低得多，僅有2.6%~5.1% (LSPET, 1970)，這解釋了該區域光譜為什麼偏紅，同時也奠定了月海玄武岩以鈦含量進行分類的基礎。

（a）阿波羅11號高鈦玄武岩10003（NASA S-76-25545）；（b）阿波羅12號低鈦玄武岩12019（NASA S-70-48839）

圖11 月海玄武岩照片

Fig. 11 Photos of the mare basalts

與高地岩石一樣，月海玄武岩的主要礦物也是斜長石、輝石和橄欖石。所不同的是，高地岩石的斜長石含量較高，而月海玄武岩的斜長石含量較低，而輝石含量較高。同時，月海玄武岩含有不同比例的鈦鐵礦，最高可達18%（表3）。相比於地球玄武岩，月海玄武岩具有更低的鎂（Mg）、鋁、鈉、鉀含量，和高的鐵含量，鈦含量變化較大 (徐義剛, 2010; Warren and Taylor, 2014)。依據鈦含量的不同，月海玄武岩可以分為高鈦（TiO2 >6%）、低鈦（TiO2 = 1%~6%）和極低鈦（TiO2 <1%）三類 (Neal and Taylor, 1992)。高鈦和低鈦玄武岩在TiO2 vs. Mg#圖解上具有明顯不同的演化趨勢（圖12a），高鈦玄武岩岩漿早期結晶的是橄欖石和鈦鐵礦，而低鈦玄武岩岩漿早期結晶的是橄欖石和輝石。月海玄武岩的年齡範圍為43~20億年（圖12b），最老的樣品為****Kalahari 2009中的極低鈦玄武質角礫，年齡為43億年 (Snape et al., 2018)，最年輕的樣品來自嫦娥5號月壤中的微小玄武岩岩屑，年齡為20億年 (Che et al., 2021; Li et al., 2021)。

（a）數據來源於Cone等 (2020)和Su等(2022)；（b）數據來源於Merle等(2020)，Li等(2021)和Che等(2021)。嫦娥5號月壤樣品中包含迄今為止最年輕的月海玄武岩岩屑，表明月球20億年前仍然存在火山活動，將月球火山活動的結束時間延後了8億年

圖12 月海玄武岩樣品的成分和年齡

Fig. 12 Major elements composition and ages of the mare basalts

有一部分玄武岩具有類似克里普的特徵，被稱為克里普玄武岩，其主要特徵是高鋁（Al2O3 = 13%~16%）、低鐵（FeO = 9%~15%），並且鉀、磷和稀土等元素含量極高，可以達到球粒隕石的100~150 倍，表明有大量克里普物質參與了玄武岩的形成。

除了玄武岩外，月海火山活動還可以產生火山碎屑岩，它由火山灰或火山玻璃沉積形成。**兩個最著名的例子是阿波羅15號綠色火山玻璃和阿波羅17號橙色火山玻璃（圖13）。顏色的差異反映玻璃化學成分的不同，低鈦玻璃顯綠色，高鈦玻璃顯橙色或褐色。這些火山玻璃被認為是形成於火山噴泉 (Heiken et al., 1974)，**火山噴泉在地球火山中也比較常見，當富含揮發性物質的岩漿噴發時，氣體的釋放或爆炸會將岩漿噴發至空中，導致其快速冷卻並形成玻璃珠。最近的研究表明，這些月球火山玻璃可能來自富氫和碳的岩漿噴發 (Wetzel et al., 2015; Saal et al., 2008)。

（a）阿波羅15號綠色火山玻璃15426（NASA S-79-32188）；（b）阿波羅17號橙色火山玻璃74220（NASA S-73-15085）

圖13 月球火山玻璃照片

Fig. 13 Photos of the lunar volcanic glasses

2.2.3 角礫岩

在所有采集的月球岩石樣品中，角礫岩的佔比最大（>60%），它們形成於隕石撞擊所導致的岩石破碎、部分熔融和粘結作用 (Taylor et al., 1991)。角礫岩中的角礫可以是岩石、礦物或玻璃的碎片，基質可以是較小的類似的碎片，也可以是衝擊熔融的玻璃。

從物源的角度可以簡單地將角礫岩分為單組分角礫岩和多組分角礫岩。單組分角礫岩由單一高地岩石或月海玄武岩高度破碎形成，沒有與其他岩石類型混合，一定程度上可以當作原生岩石來研究。而多組分角礫岩則包含多種來源的岩屑、角礫或衝擊熔融玻璃，根據角礫和基質的類型和性質，又可以分為7種類型 (St？ffler et al., 1980)：①岩屑碎塊角礫岩，角礫和基質都由相同的岩石碎片組成，只是基質更細粒；②玻璃質角礫岩，基質是未結晶的衝擊熔體（即玻璃）；③結晶熔體角礫岩，基質是結晶的衝擊熔體（具火成結構）；④衝擊熔體，基質是結晶的衝擊熔體，但幾乎不含角礫；⑤麻粒相角礫岩，經歷過高温變質，原始結構被麻粒結構取代；⑥雙組分角礫岩，由兩種組分構成，衝擊熔體注入破碎的岩石混合形成；⑦表土角礫岩，變成岩石的表土，保留了表土的特徵，如玻璃珠和粘結物等（圖14）。

（a）阿波羅16號岩屑碎塊角礫岩67016（NASA S-81-26041）；（b）阿波羅16號玻璃質角礫岩68815（NASA S-72-37155）；（c）阿波羅16號玻璃珠60095（NASA S-72-39424）；（d）阿波羅17號結晶熔體角礫岩77135（NASA S-72-56391）；（e）阿波羅17號結晶熔體角礫岩73215（NASA S-73-38455）；（f）阿波羅16號衝擊熔體68415（NASA S-75-32778）；（g）阿波羅17號麻粒相角礫岩77017（NASA S-73-17772）；（h）阿波羅16號雙組分角礫岩61015（NASA S-75-20878）；（I）阿波羅11號表土角礫岩10018（NASA S-75-30226）

圖 14 月球角礫岩照片

Fig. 14 Photos of the lunar breccias

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中科院：從阿波羅11號到嫦娥5號（下）

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原文來源：科普園地 | 月球“土特產”：從阿波羅11號到嫦娥5號----中國礦物岩石地球化學學會 (cas.cn)

http://csmpg.gyig.cas.cn/kpyd2017/kpzl/202311/t20231120_6934890.html