月壤樣品研究刷新月球演化認(rèn)知：20億年前仍存在巖漿活動(dòng)

日前，由北京市委宣傳部、北京市科協(xié)等部門組織遴選的2022年北京“最美科技工作者”名單揭曉，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院地質(zhì)與地球物理研究所研究員李獻(xiàn)華入選。近日，李獻(xiàn)華在采訪中分享了月壤樣品的研究、發(fā)現(xiàn)及未來(lái)研究方向。

2021年7月12日，嫦娥五號(hào)任務(wù)第一批月球科研樣品正式發(fā)放。李獻(xiàn)華介紹，其研究團(tuán)隊(duì)于接收嫦娥五號(hào)月壤樣品7日內(nèi)完成分析測(cè)試，并于當(dāng)年10月19日對(duì)外發(fā)布嫦娥五號(hào)月球科研樣品最新研究成果。該系列研究由中科院地質(zhì)與地球物理研究所和國(guó)家天文臺(tái)主導(dǎo)，聯(lián)合多家研究機(jī)構(gòu)共同開(kāi)展，經(jīng)過(guò)分析證實(shí)嫦娥五號(hào)月球樣品為一類新的月海玄武巖，揭示了月球最年輕的巖漿活動(dòng)為20億年，將科學(xué)界此前認(rèn)知的月球巖漿活動(dòng)結(jié)束時(shí)間延長(zhǎng)了約8億年，相關(guān)成果形成4篇論文，在《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》發(fā)表1篇，在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表3篇。

中國(guó)科學(xué)院院士、中科院地質(zhì)與地球物理研究所研究員李獻(xiàn)華（圖片來(lái)源：中科院地質(zhì)與地球物理研究所）

精準(zhǔn)定年——刷新月球生命活動(dòng)認(rèn)知

從地質(zhì)學(xué)上講，巖漿活動(dòng)是一個(gè)星球具有生命力和內(nèi)動(dòng)力的表現(xiàn)。此前的月球樣本和地球上月球隕石研究已證實(shí)，月球上巖漿活動(dòng)至少持續(xù)到28億至30億年前。

李獻(xiàn)華介紹，科學(xué)家曾以一種統(tǒng)計(jì)區(qū)域撞擊坑的大小和數(shù)量的方法，推斷嫦娥五號(hào)著陸區(qū)是月球最年輕玄武巖單元之一，這一區(qū)域的年齡為10億至30億年，然而這種定年方法存在著誤差與極大不確定性。

在本次月壤樣品研究過(guò)程中，李獻(xiàn)華及其團(tuán)隊(duì)利用超高空間分辨率鈾-鉛（U-Pb）定年技術(shù)，對(duì)嫦娥五號(hào)月球樣品玄武巖巖屑中50余顆富鈾礦物（斜鋯石、鈣鈦鋯石、靜海石）進(jìn)行分析，確定玄武巖形成年齡為20.30±0.04億年，表明月球直到20億年前仍存在巖漿活動(dòng)，比以往月球樣品限定的巖漿活動(dòng)延長(zhǎng)了約8億年。

月壤顆粒表面形貌（圖片來(lái)源：中科院地質(zhì)與地球物理研究所）

李獻(xiàn)華表示，月球巖漿活動(dòng)需要月幔巖石熔化才能形成巖漿噴出，升溫、加水、降壓是巖石熔融的基本條件。研究團(tuán)隊(duì)據(jù)此展開(kāi)研究，通過(guò)同位素示蹤發(fā)現(xiàn)月幔源區(qū)放射性生熱元素含量不高，顛覆了過(guò)去認(rèn)為維持月球年輕火山活動(dòng)來(lái)自克里普巖提供熱源的主流觀點(diǎn)。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)月幔源區(qū)的水含量?jī)H為1—5ppm，表明月幔很“干”，這一發(fā)現(xiàn)也排除了該區(qū)域月幔因水含量高而具有低熔點(diǎn)，從而導(dǎo)致巖石熔化的猜想。

目前，針對(duì)壓力引與巖石熔融關(guān)系及的研究還在繼續(xù)，對(duì)月球晚期巖漿活動(dòng)成因的探索改變了關(guān)于月球熱歷史和巖漿歷史的認(rèn)識(shí)，為了解月球起源演化提供進(jìn)一步參考。

十年磨劍——攻關(guān)離子探針微區(qū)分析技術(shù)

圖為嫦娥五號(hào)月壤樣品（圖片來(lái)源：中國(guó)科學(xué)院科學(xué)傳播局科技攝影聯(lián)盟）

采樣帶回的月壤樣品粒度十分細(xì)小，為保障分析精度，中科院地質(zhì)與地球物理研究所創(chuàng)新性研發(fā)出多項(xiàng)原位微區(qū)定年分析技術(shù)，為月球樣品研究提供關(guān)鍵技術(shù)保障。

李獻(xiàn)華介紹，嫦娥五號(hào)月壤樣品中可以定年的礦物一般只有3-5微米，而研究?jī)x器一般情況下最小只能測(cè)到10微米。目標(biāo)靶非常微小，必須將束斑準(zhǔn)確打到樣品上才能保證探測(cè)準(zhǔn)確性。雖然差距僅有幾微米，實(shí)際上在技術(shù)攻關(guān)層面實(shí)現(xiàn)這一分析卻難度巨大。

中科院地質(zhì)與地球物理研究所團(tuán)隊(duì)耗時(shí)3年，將高精度U-Pb同位素體系定年的空間分辨率從傳統(tǒng)的10微米提高到5微米；又用了10年時(shí)間，將離子空間分辨率進(jìn)一步提高到<3微米的國(guó)際領(lǐng)先水平，為嫦娥五號(hào)樣品快速測(cè)年提供了關(guān)鍵技術(shù)支持。此外，研究中采用的超高空間分辨率的定年和同位素分析技術(shù)也處于國(guó)際領(lǐng)先水平，為珍貴地外樣品年代學(xué)等研究提供了新的技術(shù)方法。

李獻(xiàn)華表示，研究月壤樣品還可以進(jìn)一步了解太陽(yáng)輻射對(duì)月球影響，太空風(fēng)化作用機(jī)制，月球磁場(chǎng)活動(dòng)以及月壤中氦-3含量等，對(duì)進(jìn)一步了解月球演化和探索未來(lái)能源利用影響深遠(yuǎn)，相關(guān)研究已由不同研究機(jī)構(gòu)團(tuán)隊(duì)相繼開(kāi)展，相信很快會(huì)有新的成果陸續(xù)發(fā)布。

李獻(xiàn)華說(shuō)，“月球作為一個(gè)體積較小星球，冷卻速度理論上應(yīng)較快，然而通過(guò)本次研究表明，它比我們過(guò)去想象的要慢很多，所以我們需要重新來(lái)理解一個(gè)體積較小的星球的熱演化規(guī)律，這是對(duì)未來(lái)月球探測(cè)研究的一個(gè)新方向?！?/p>

中國(guó)科協(xié)科普部

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