嫦娥五号月壤样品证明 1.2 亿年前月球仍存在火山活动

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IT之家 9 月 6 日消息，月球火山活动的持续时间对构建月球热演化模型有重要的意义，一直备受关注。
美国阿波罗计划和前苏联月球号（Luna）返回的 9 次月球样品以及收集到的所有陨石样品的年龄基本都大于 30 亿年，认为月球的火山活动早已结束。
嫦娥五号玄武岩样品的精确定年结果为 20.3 ± 0.04 亿年，证明了 20 亿年前月球上仍然存在着较大规模的岩浆活动，该年龄是否是月球火山活动的终点呢？

▲ 火山玻璃珠和冲击玻璃珠的形成模式图基于嫦娥五号月壤样品，中国科学院地质与地球物理研究所的科研人员发现，月球的岩浆活动可以追溯到 1.2 亿年前。这一研究成果再次刷新了人们对月球火山活动时限的认知。

▲ 月球样品中的硫同位素分馏特征

月球的火山活动产物除了较大规模岩浆活动形成的岩石外，还有较小规模的火山喷泉带来的火山碎屑，其中有火山玻璃珠，对这样的玻璃珠进行定年同样可以追溯月球岩浆活动历史。然而，月球上普遍存在由于陨石撞击导致月表材料熔融、熔体溅射分离并快速冷却形成的冲击玻璃珠。从大量玻璃珠中识别出只存在可能性的火山璃珠是一个巨大的挑战。

最年轻的嫦娥五号月壤样品是寻找更年轻的火山玻璃珠的理想对象，中国科学院地质与地球物理研究所李秋立研究员以此为研究目标，申请并获批了约 3 克嫦娥五号月壤样品，博士生王碧雯、博士后张谦及何雨旸副研究员等合作者，对从其中挑选出的约 3000 颗玻璃珠进行了详细研究。

▲ CE-5 玻璃珠和 Apollo 火山玻璃珠的 S 含量及同位素特征

研究团队对筛选出的 6 颗潜在火山玻璃珠进行 S 同位素分析，发现只有 3 颗其 δ34S 是负值，在-12.3 ‰ 到 -9.5 ‰之间。结合结构-成分-主量-微量-同位素多方面判据，可以判断这三颗为火山玻璃。

这三颗火山玻璃的 U-Pb 同位素体系定年结果为 123 ± 15 Ma。结合以下特征：

• （1）三颗玻璃珠相对完整，仅第三颗是发生了脆性断裂，没有被显著冲击改造的痕迹；
  
  
• （2）三颗玻璃珠的 Rb 含量显著高于其他冲击玻璃珠，没有发生 Rb 的显著丢失，指示类似挥发性的 Pb 也没有受到显著影响；
  
  
• （3）三颗玻璃珠具有硫同位素显著偏负的特征，因为撞击导致丢失的过程会使得硫同位素向偏重的方向分馏，排除其受冲击改造的影响。
  
  

因此，测量的年龄就是三颗火山玻璃的形成时间，代表了月球上存在这一期的火山作用。

▲ 三颗 CE-5 火山玻璃珠的 BSE 图像及 U-Pb 定年结果

这一年轻火山作用的确认，将月球的火山活动时间又在嫦娥五号玄武岩年龄的基础上延长了近 19 亿年，远远超出了以往的经验推断，这对以往的月球热演化模式提出了更大的挑战。研究团队认为，虽然在月球上没有观测到较大规模晚期岩浆活动，但仍存在局部升温引起的小规模火山喷发。