嫦娥五号样品揭秘:月球如何“延寿”8亿年?

作者: 冯丽妃

来源: 《中国科学报》

发布日期: 2022-10-25 18:00:23

中科院地质与地球物理研究所的研究员们通过分析嫦娥五号带回的月球样品,提出新的月球热演化模型,揭示了月球在距今20亿年前仍存在火山活动的现象,并解释了月球如何“延寿”8亿年。

月球一直“活到”了什么时候?这是月球演化历史研究中科学家一直想了解的一个重大科学问题。

一年前,中科院地质与地球物理研究所(以下简称地质地球所)的科学家们利用嫦娥五号带回的月球样品,证明月球在距今20亿年前仍喷发过滚烫的岩浆,使已知的月球地质寿命“延长”了8亿到9亿年。

那么,月球是如何“延寿”的?现在该所研究员陈意团队给出了潜在答案。他们通过研究嫦娥五号带回的月壤岩屑发现,月幔在20亿年前比30多亿年前含有更多的钙和钛,导致月幔熔点降低,且月幔经历十几亿年的冷却后,温度仅降低了约80摄氏度,并据此提出新的月球热演化模型。相关成果10月22日发表于《科学进展》。

与地球类似,月球形成于约45亿年前,但其质量约只有地球的1%。如此小的天体,理论上应该快速冷却而早早停止火山活动,成为死亡星球。但去年10月,对嫦娥五号月壤样品的首批研究,刷新了人类对月球岩浆活动和热演化历史的认知,也提出了新的科学问题——月球如何活到20亿年前?

陈意表示,要想破解这一谜团,前提是确立嫦娥五号玄武岩起源的深度和形成的温度,即月幔发生部分熔融时的温度和压力条件。在此基础上,将其与更古老的阿波罗玄武岩进行对比,即可建立全新的月球岩浆-热演化模型。

今天,从地球看月球,白色的地方是月陆,深色的地方是月海。科学家发现,月陆表面主要为斜长岩,而月海表面主要为玄武岩。这与月球的演化历史有关。科学家推测,像地球一样,早期的月球上也是一个岩浆洋,随着降温、冷却、结晶过程,月核首先形成,接着不同层次的月幔出现。

对于体积更小的月球火山活动持续时间如此之长,国际科学界有一个猜想:月表覆盖的平均厚度达4~5米的月壤,就像一层“厚厚的毯子”,使月球内部热耗散相对较慢。同时,与地球不同,月球没有板块构造,不会把地表的冷物质带到内部,发生物质和能量的交换而给月球“降温”,这也可能是其散热较慢的一个原因。

现在看来,月球的地质生命活动似乎已完全停止。那么,未来是否可能发现比20亿年更年轻的月球火山活动痕迹呢?在陈意看来,这“完全有可能”,科学研究就是不断推陈出新的过程。

在他看来,嫦娥五号、祝融号等地外行星探测项目正在给中国地球和行星科学研究带来新机遇。最近一年多来,随着月壤样品返回和首批火星探测数据传回地球,国内的行星科研队伍正在迅速扩大。陈意表示,地外行星探索将为地球科学研究“打开非常大的一个门”。地质学、地球化学、地球物理、遥感探测,乃至地外生物等地球科学的各个研究领域将得到进一步发展。

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