月球玄武岩是月幔部分熔融形成的岩漿經火山噴發至月表冷卻結晶形成的岩石，這為認識月幔物質組成和演化提供了重要的窗口。阿波羅和月球號返回的月球樣品表明月海玄武岩具有明顯的成分變化。根據TiO2含量，將玄武岩劃分為三種類型：超低鈦（< 1wt.%），低鈦（1-6wt.%）和高鈦（>6wt.%）。不同類型的玄武岩對於我們認識/限定月幔的物質組成和過程起到不同的作用。我國嫦娥五號任務順利返回了目前最年輕的月球樣品，為我們深入了解月幔的物質組成和晚期的演化提供了寶貴的機會。當前，對嫦娥五號玄武岩的類型（低鈦vs高鈦）、是否有克里普物質的參與（量）等科學問題存在爭議。
為進一步解決上述問題，中國科學院地質與地球物理研究所田恆次副研究員、楊蔚研究員、林楊挺研究員、李獻華院士、吳福元院士等，利用拉曼光譜、電子探針和雷射等離子體質譜儀分析技術對玄武岩中的斜長石開展研究（優勢：主要礦物；能夠記錄較長時間的岩漿演化信息；避免玄武岩岩屑太小代表性不足的問題），取得了新認識：
（1）斜長石An牌號，K2O和TiO2含量變化明顯，其中An20到An70數據稀少，整體分布特徵與阿波羅低鈦玄武岩中的斜長石類似。早期結晶的斜長石具有高的An牌號，隨著分離結晶進行，An逐漸降低，而微量元素含量逐漸升高（如，La、Ba等；圖1）。
圖1 斜長石微量元素與An牌號的關係
（2）利用晶格應變模型計算了斜長石和輝石的平衡熔體組分。結果表明斜長石和輝石平衡熔體都具有明顯的稀土元素變化，其平均值明顯高於嫦娥五號玄武岩全岩成分和阿波羅玄武岩，與阿波羅15KREEP玄武岩稀土含量類似（圖2）。從定性角度而言，這一富集的特徵很可能是岩漿經過高程度分離結晶作用形成，而並非是混染KREEP物質的結果（斜長石平衡熔體微量元素變化趨勢明顯遠離KREEP端元；圖3）。
圖2 斜長石和輝石的平衡熔體REE含量變化及其與嫦娥五號全岩組成（月壤和玻璃珠代表）和阿波羅12和15低鈦玄武岩全岩對比關係
圖3 斜長石平衡熔體的微量元素濃度及與其它端元的對比
（3）利用斜長石Ti含量和經驗公式得到的分配係數估算了平衡熔體的TiO2含量。結果表明，最早期結晶的斜長石（An～90）對應的熔體具有～3.3±0.4wt.%的TiO2含量（圖4），落在低鈦玄武岩範圍。隨著An降低（An～90-82），平衡熔體TiO2含量緩慢升高，暗示這一階段存在鎂鐵礦物而非鈦鐵礦的連續結晶。這一結果進一步支持嫦娥五號玄武岩起源於低鈦玄武質熔體。
圖4 斜長石平衡熔體TiO2含量隨An的變化
研究成果發表於國際學術期刊AM（田恆次，楊蔚，張棣，張慧娟，賈麗輝，吳石頭，林楊挺，李獻華，吳福元. Petrogenesis of Chang』E-5 mare basalts: Clues from the trace elements in plagioclase [J]. American Mineralogist, 2022. DOI: 10.2138/am-2022-8570）（online版）。該成果受中科院重點部署項目（ZDBS-SSW-JSC007-15）、中國國家航天局民用航天技術預研究項目(D020203)、中科院戰略先導研究項目(XDB 41000000)、中科院地質與地球物理研究所重點部署項目（IGGCAS-202101）、中科院青促會項目(2022064)共同資助。
美編：傅士旭
校對：萬鵬