紫金山天文台等基於嫦娥五號樣品研究揭示月球年輕火山活動奧秘

環球網 發佈 2023-03-24T10:16:44.615352+00:00

來源:央視新聞客戶端 近日,中科院紫金山天文台天體化學團隊聯合中國科學技術大學、美國佛羅里達大學、中國地質大學(武漢)和中科院南京地質古生物研究所,對我國返回的嫦娥五號月球樣品開展了詳細的岩相學、礦物學、微量元素地球化學和Fe-Mg-Sr同位素分析,揭示了嫦娥五號樣品月幔源區特性

來源:央視新聞客戶端

近日,中科院紫金山天文台天體化學團隊聯合中國科學技術大學、美國佛羅里達大學、中國地質大學(武漢)和中科院南京地質古生物研究所,對我國返回的嫦娥五號月球樣品開展了詳細的岩相學、礦物學、微量元素地球化學和Fe-Mg-Sr同位素分析,揭示了嫦娥五號樣品月幔源區特性和月球年輕火山活動奧秘。研究結果發表在國際天文期刊The Astrophysical Journal Letters上。

月球是人類深空探測的「前哨站」。2020年12月,我國首次地外採樣返回任務「嫦娥五號」成功返回了月球正面風暴洋北部的樣品1731克。基於嫦娥五號樣品研究其月幔源區性質對於理解月球年輕火山活動的驅動機制至關重要。

圖1 兩個玄武岩岩屑(CE-5-01,02)中輝石的礦物化學成分分布(a)、全岩鎂指數和鈦含量(b)以及稀土元素含量投圖(c和d)。HT:高鈦玄武岩;LT:低鈦;VLT:極低鈦。

研究團隊對兩個玄武岩岩屑樣品(編號CE5C0800YJYX038)開展了三維CT掃描,確認岩屑樣品是玄武岩岩屑,不是撞擊熔體。選取部分樣品製成光片,開展詳細的岩相學和礦物學原位分析,剩餘樣品溶解開展主微量元素和Fe-Mg-Sr同位素分析。結果表明,組成兩個玄武岩岩屑的輝石、橄欖石和長石等的化學成分均與前人發表結果一致(圖1),證實代表嫦娥五號著陸區本地的玄武岩岩屑。全岩主量元素和微量元素表明,嫦娥五號樣品是迄今為止最演化的玄武岩,具有高鐵、高釷、居中鈦含量的特點(圖1),其全岩鎂同位素和阿波羅低鈦玄武岩一致,全岩鐵同位素介於阿波羅低鈦玄武岩和高鈦玄武岩之間(圖2)。

圖2 兩個玄武岩岩屑的Fe-Mg同位素特徵

圖3 嫦娥五號玄武岩的初始岩漿推算

基於已獲取的主微量元素及Fe-Mg同位素數據,研究團隊估算了嫦娥五號玄武岩的母岩漿成分(圖3),並對月球岩漿洋冷凝結晶過程進行了模擬計算。結果表明,岩漿洋早期結晶的富橄欖石堆晶具有輕Fe、重Mg的同位素特徵,晚期富輝石堆晶具有重Fe、輕Mg的同位素特徵。嫦娥五號月球樣品的Fe-Mg同位素組成指示了其月幔源區可能為兩種堆晶體的混合,晚期結晶的富單斜輝石堆晶比例可能為20–30%(圖4)。富集單斜輝石堆晶可以顯著降低月幔的熔點,可能對月球仍能產生年輕火山活動起到關鍵作用。

圖4 月球岩漿洋早期和晚期堆晶體的Fe-Mg同位素混合計算

(總台央視記者 帥俊全 褚爾嘉)

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