嫦娥五号火山玻璃珠揭示月球1.2亿年前仍存在火山活动

作者: 王碧雯,张谦等

来源: 中科院地质地球所

发布日期: 2024-09-08 13:09:31

嫦娥五号带回的月壤样品中的火山玻璃珠揭示了月球在1.2亿年前仍存在火山活动,这一发现延长了月球的地质生命,并对传统的月球演化模型提出了挑战。

嫦娥五号火山玻璃珠揭示月球1.2亿年前仍存在火山活动。前期研究认为月球的火山活动早已停止。从20世纪60年代开始,美国阿波罗(Apollo)计划和前苏联月球号(Luna)共返回了9次月球样品,这些月球样品所测定的岩石年龄基本都大于30亿年。作为一颗质量小的星体,月球自身的热量理论上会较快散失。早期的认知是月球大约在30亿年前就已经停止了岩浆活动。

2021年,对我国嫦娥五号带回的月壤样品中玄武岩碎屑的精确定年结果表明:月球在20亿年前仍然存在较大规模的岩浆活动。这一发现将月球的地质生命延长了约10亿年,对传统的月球演化模型提出了挑战。虽然嫦娥五号带回的样品为月球的研究提供了新的信息,但是总共10次的采样返回任务仅仅覆盖了月球表面非常小的范围。这些返回样品的代表性仍是有限的。月球的火山活动真的早就停止了吗?还有更年轻的岩浆活动吗?

对月海环形穹状构造的地貌学观察和撞击坑统计定年结果显示:月球在晚哥白尼纪(8亿年前至今)可能仍存在火山活动。不规则月海斑块是月球表面一种特殊的地形构造,一些学者认为IMPs可能是非常晚的火山活动产物,其火山活动时间甚至可能是一亿年前的。如果1亿年前月球上真的还有火山活动,我们应该去哪里找样品去检验这一假说?可以揭示月球火山活动的物质——月壤里的火山玻璃珠。火山活动的产物可不只有岩石。

除了岩浆活动形成的火山岩外,火山喷发还能产生火山碎屑,其中包含火山玻璃珠。玻璃珠是岩浆快速冷凝的产物,有火山和冲击两种来源的玻璃珠。富集挥发分的岩浆在上升过程中,由于压力降低,挥发分会以气体的形式从岩浆中脱离出来。随着去气作用的不断发生,巨大的压力会在地下岩浆的上方形成一个气仓。在月表以下几百米处,少量岩浆会在这个致密的气仓里形成气溶胶,部分会凝结成非常小的颗粒悬浮在气仓中。

当气压累积到一定的程度,距离月表很近的气仓会爆炸。气溶胶和悬浮颗粒会爆发式喷出月表后快速冷却,形成火山玻璃珠。这些火山玻璃珠由于质量和体积都很小,其飞行距离可以非常远。同时,月球上广泛存在的陨石撞击会使其更容易运移到更远的地方。返回的月壤样品中发现火山玻璃珠,尤其是远距离搬运的火山玻璃珠的可能性可能更大。如果发现了火山玻璃珠,就可以进一步对月球岩浆活动历史进行制约。如何识别月壤中的火山玻璃珠?

首先,这些火山玻璃珠非常小,要找到它们本来就是大海捞针。其次,月球上最明显的特征是充满了陨石撞击坑,高能量的冲击作用会使月表岩石或月壤发生熔融,形成冲击玻璃珠。这些冲击玻璃珠数量在月壤中的含量更高。海量的冲击玻璃珠对火山玻璃珠的识别形成了巨大的障碍。最后,由于火山玻璃和冲击玻璃的外表和成分都有相似之处,准确识别火山玻璃珠一直是一件困难的事。嫦娥五号着陆区附近并没有发现火山活动。

因此,其返回样品中是否存在火山玻璃本身就是不确定的。中国科学院地质与地球物理所的研究人员在大约3克的嫦娥五号月壤中挑选出了约3000颗玻璃珠。通过前人在研究阿波罗样品的玻璃珠时给出的玻璃珠成因判别标准,研究人员对这3000颗玻璃珠进行了初筛。首先,排除具有冲击特征结构的玻璃珠。其次,通过主量元素识别可能具有火山来源的玻璃珠。再次,通过微量元素识别具有岩浆演化特征的玻璃珠。

最后,通过硫同位素值最终敲定火山玻璃珠。研究人员通过离子探针对这三颗火山玻璃进行了U-Pb同位素体系的定年。出乎意料的是,这些火山玻璃珠的年龄是123±15Ma,即大约1.2亿年前形成的。为了排除后期撞击作用改造的影响,研究人员从三个方面来进一步分析。因此,123±15Ma就是三颗火山玻璃的形成时间,代表了月球上这一时期还存在火山活动。新的发现带来了更多的问题。

这些问题必然会引起诸多的猜想,也会成为相当长时间内的争论的焦点。嫦娥五号返回了1731克样品,已经起到了一石激起千层浪的效果。嫦娥六号首次带回来的月球背面样品必将带来更多的惊喜,期待更多的新观测,逐渐揭开月球的神秘面纱。

UUID: cede3f58-73df-4b86-8028-b7d4af9ecef7

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/微推助手/中科院物理所/中科院物理所_2024-09-08「转」_嫦娥五号火山玻璃珠揭示月球1.2亿年前仍存在火山活动.html

是否为广告: 否

处理费用: 0.0061 元