月球噴發形成火山玻璃示意圖。地質地球所供圖
本報訊(記者馮麗妃)中國科學院地質與地球物理研究所(以下簡稱地質地球所)研究員李秋立、副研究員何雨暘與合作者,用嫦娥五號帶回的月壤樣本中找到的3顆火山玻璃珠,證明月球上的岩漿活動可以追溯到1.2億年前。這一研究結果再次重繪了人們對月球岩漿活動時限的認知。9月6日,相關論文發表於《科學》。
岩漿活動是瞭解月球熱演化的重要依據,岩漿活動停止表明月球失去了內動力,即地質意義上的“死亡”。2021年,我國科學家證明月球20億年前仍然存在較大規模的岩漿活動,將此前認為的月球“壽命”延長了約10億年。那麼,月球上是否存在更年輕的火山活動?
研究團隊在約3克嫦娥五號月壤中挑選出約3000顆玻璃珠,通過掃描電鏡、電子探針、離子探針等方法從中篩選出3顆火山玻璃珠,進一步通過鈾-鉛同位素體系量測進行精准定年,發現這3顆火山玻璃珠形成於距今1.2(±0.15)億年前,代表一期岩漿活動。
區分火山玻璃珠和衝擊玻璃珠是這項研究面臨的最大挑戰。“小行星和流星體撞擊月球會熔化月球的土壤和岩石,形成衝擊玻璃珠。衝擊玻璃珠和月球岩漿活動形成的火山玻璃珠雖然產生機理不同,但都是熔融液滴,外觀和成分很相似。”論文共同第一作者、地質地球所博士生王碧雯對《中國科學報》說。
在之前研究的基礎上,研究團隊利用衝擊玻璃珠硫同位素(硫34和硫32)組成的差异對火山和衝擊成因的玻璃珠進行區分,發現衝擊玻璃珠中硫同位素偏重,從而使月球玻璃珠的硫同位素特徵成為判別其是火山還是衝擊成因的新標準。
距今1.2億年的月球年輕火山活動是如何產生的?3顆火山玻璃珠富集的鉀+稀土+磷(KREEP)等元素表明,其源區存在較高的放射性元素,長時間的衰變生熱積累可能是造成如此晚期岩漿活動的原因。“囙此,雖然在月球上沒有觀測到較大規模的晚期岩漿活動,但仍可能存在局部升溫引起的小規模火山噴發。”李秋立說。
同期發表於《科學》的一篇觀點文章認為,“用硫同位素特徵推斷玻璃珠的成因不僅對未來的月球研究很有價值,對其他小天體樣品分析也是如此”“研究將有助於推動行星體熱演化與行星如何冷卻的討論”。