【新闻导读】月球火山活动追溯到1.2亿年前的恐龙时代——基于嫦娥5号样本

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中国科学家根据嫦娥5号样本发现，月球火山活动可追溯到1.2亿年前的恐龙时代

不规则月海斑块（irregular mare patches，IMPs；蓝圈）与探测器分布图

中国科学家通过分析嫦娥5号带回的样本发现，月球上的火山活动发生在1.2亿年前（Ma），这意味着月球可能仍然能够产生岩浆。这项成果发表在今年9月5日的国际科学性期刊Science上：

有大量地质证据表明月球上有古代火山活动，但尚不清楚火山活动持续了多久。岩浆喷泉产生火山玻璃，以前曾在月球表面的样本中发现过。我们调查了嫦娥五号使命收集的月壤样品中的约3000个玻璃珠，并根据它们的质地，化学成分和硫同位素确定了三个具有火山起源。三个火山玻璃珠的铀铅测年显示，它们形成于1.23亿± 1500万年前。我们在这些火山玻璃珠中测量了高丰度的稀土元素和钍，这可能表明这种近期的火山活动与岩浆地幔源中发热元素的局部富集有关。

火山玻璃珠和冲击玻璃珠的形成模式

期刊编辑总结道：

月球上的火成岩表明它经历了广泛的火山活动，最新的精确定年的火山岩有20亿年的历史。某些类型的火山爆发会产生微小的玻璃珠，但撞击也会产生。王等人研究了从嫦娥五号航天器收集的月球样本中取出的数千颗玻璃珠。他们使用成分和同位素测量来区分火山和撞击相关的火山玻璃珠，确定了三种火山起源的火山玻璃。对这些火山珠的放射性测年显示，它们形成于1.2亿年前，随后被运送到嫦娥五号着陆点。这些结果表明，最近的月球火山活动是热模型无法预测的。

专门评论者报导说：

月球不仅是离地球最近的地外天体，也是采样和探索最好的天体。对阿波罗和月球任务所提供的岩石和土壤的分析表明，月球是古老、干燥和缺乏挥发性元素的。研究还表明，在其历史的早期，月球被熔岩覆盖。岩浆海洋最终冷却并产生了成分多样的地壳表层。月球产生岩浆有多长时间一直是一个悬而未决的问题。

根据测年方法的进步和收集样本的扩大，月球岩浆活动（熔融岩石的产生和运动）的时间限制在范围的较老和较年轻的两端都被推了出来。形成高地岩石的早期地壳岩浆活动持续了大约2亿年，在大约43.5亿年前（Ga）达到最大值。地质年代学研究表明，在月球近侧形成大型可见玄武岩平原（称为月海）的月球火山活动在4.0~3.8 Ga之间达到顶峰，并在3.1 Ga停止。然而，热模型及月海地层研究表明，月海火山活动可能继续以减少的速度到2 Ga。事实上，对月球玄武岩陨石（来自月海地区的熔岩）和辉长岩陨石（从地壳深处缓慢冷却的岩浆中结晶出来的岩石）的年代测定表明，月球形成于2.9至2.8 Ga前。2020年嫦娥五号从月球北方风暴洋（Oceanus Procellarum）区域的吕姆克山（Mons Rü mker）东北部以前未采样的地点提供的玄武岩年龄更年轻，产生于2.03至1.96 Ga。

确定月球火山活动的时间范围可以通过研究熔岩喷泉（喷发）产生的火山玻璃珠和保存在月球风化层（表面岩石和碎片）。这些珠子尽管只有几十微米的大小，可以用氩气（40Ar/39Ar）和铀铅（U-Pb）放射性同位素衰变方法。然而，问题是风化层样品中存在冲击熔融玻璃。在其历史上，月球经历了小行星和流星体的撞击，融化了月球的土壤和岩石。这些融化物后来成为月球土壤的一部分。撞击形成的玻璃珠可知月球撞击的历史，但它们的存在使对更稀有的火山玻璃的研究变得复杂。

三个火山玻璃珠的BSE图像和U-Pb测年结果

区分火山和撞击产生的玻璃是具有挑战性的。两者都是由相似的岩石熔化而成的凝固液滴。虽然产生的机制不同，但它们的化学和同位素组成通常相似。因此，它们的识别依赖于更微妙的差异。不幸的是，这些差异中没有一个是决定性的，因此王等人使用了多个标准在约3000个玻璃珠中识别火山玻璃，并验证其来源。根据矿物学和化学证据，大多数珠子被确定为撞击熔化的结果，这些证据表明，不完全熔化（非常迅速和短暂的撞击熔化的特点）以及镍等元素的异常高和可变浓度，这些元素可能来自撞击物。13个玻璃珠进一步评估使用硫同位素（34S/32S）组成及其与硫浓度的相关性。这些测定区分了火山岩浆分异（熔融岩石在部分熔融、冷却和运动过程中的化学变化）和撞击熔融形成的珠子。作者最终确定了三个火山玻璃珠，其U-Pb年龄在135 ± 14 Ma和116 ± 12 Ma之间。这些年龄在嫦娥五号撞击玻璃珠的年龄范围内，但从矿物学，化学成分，硫同位素和异常放射成因铅同位素的综合证据表明，火山起源是最有可能的。利用硫同位素推断玻璃珠的起源不仅对未来的月球研究，而且对其他小天体的样品也有很好的应用前景。

王的发现表明月球在120 Ma前仍有火山活动。事实上，根据遥感数据，月球上一些不规则的月海斑块被认为是100 Ma前的火山特征。火山玻璃珠由熔岩喷泉产生，并通过随后的撞击运输分布在月球上更广泛的地区，并由嫦娥五号取样，为作者提供了最好的机会，在直接测量的基础上核实年轻的火山活动，而无需单独的专门航天器采样使命到月球上的一个特定的不规则的月海斑块。王等人注意到三种火山玻璃珠中钾（K）、稀土元素、磷（P）、钠（Na）和钍（Th）的高浓度，并进一步推测该来源也富含这些元素。需要详细的建模来充分评估月球内部产生的估计热量是否足以维持当地的岩浆活动直到120 Ma。

王等人的努力在撞击产生的“干草堆”中寻找火山“针”的努力得到了回报。它将增加正在进行的关于行星体热演化和行星如何冷却的问题的辩论，这是未知的。

嫦娥五号和阿波罗样品玻璃珠的 CaO/Al2O3 和 MgO/Al2O3 比率

月球样品中的硫同位素分馏特征

参考文献：

Bi-Wen Wang et al. ,Returned samples indicate volcanism on the Moon 120 million years ago.Science385,1077-1080(2024).DOI:10.1126/science.adk6635