鈦鐵礦在月表水分佈與存儲中的“雙重作用”

科技日報記者 陸成寬

月球上的水從哪裏來？又是如何保存和變化的？這不僅是理解月球演化的關鍵，也對未來開發利用月球資源具有重要意義。記者1日從中國科學院國家空間科學中心獲悉，通過分析嫦娥五號月球樣品中的鈦鐵礦顆粒，我國科研人員首次揭示鈦鐵礦在月表水分佈與存儲中的“雙重作用”。相關研究成果在線發表於《自然-通訊》雜誌。

太陽風注入的氫（H）是月表水的重要來源。以往對嫦娥五號月壤中橄欖石、輝石等硅酸鹽礦物的分析發現，這些礦物表層水含量很高，且主要來自太陽風。但近期有遙感觀測顯示，月表水的分佈似乎與鈦的含量有關：低鈦區域含水量通常高於高鈦月海玄武岩區域，且富鈦區域水的日變化更明顯。這一現象在科學界引發了不小的爭議。

“為了釐清這一問題，我們對嫦娥五號月壤中挑選出的11顆鈦鐵礦顆粒展開精細分析。結果顯示，這些顆粒表層確實含有水，其氫同位素特徵表明它們的確來自太陽風。”論文第一作者、中國科學院國家空間科學中心副研究員徐於晨告訴記者，但與硅酸鹽礦物中的高含水量相比，鈦鐵礦中的水明顯偏少。

為什麼同樣暴露在太陽風下，鈦鐵礦的“存水”能力卻較差？通過高分辨率透射電鏡觀察，研究人員發現鈦鐵礦在太陽風輻照下會產生大量囊泡、晶格缺陷和納米金屬鐵。“尤其值得注意的是，其囊泡結構比硅酸鹽礦物發育得更顯著。這些囊泡中檢測到了氦，卻沒有水分子或羥基，這説明水可能難以在其中穩定保存。”徐於晨説。

“出現這一現象的原因可能是，鈦鐵礦中的鐵-氧和鈦-氧化學鍵較弱，雖然更容易與太陽風中的氫結合生成水，但同時也會形成大量囊泡結構。”徐於晨進一步解釋道，“當囊泡內氣壓過高時，反而會導致水的逃逸。加之月球表面晝夜温差大、微隕石撞擊頻繁，會促使水分子從鈦鐵礦中擴散逃逸。”

論文通訊作者、中國科學院地質與地球物理研究所研究員田恆次表示，這一發現成功解釋了為什麼月球上高鈦區域水的日變化更顯著：鈦鐵礦一邊高效“造水”，一邊卻難以“保水”。這項研究不僅深化了對月球水循環的理解，也為未來月球探測和原位水資源利用提供了重要參考。