嫦娥五號月壤揭示月球年輕火山成因之謎
新華社北京10月23日電(記者劉藝煒、喻菲)中國科學(xué)家根據(jù)對嫦娥五號月壤的研究提出了新的月球熱演化模型,揭開了困擾學(xué)術(shù)界的一大謎團:為何月球在距今20億年前依然有火山活動。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員陳意介紹,月球形成于約45億年前,質(zhì)量只有地球的約1%,對于如此小的天體來講,理論上它應(yīng)該快速冷卻,很早就停止火山活動,成為“死亡”星球。
嫦娥五號月壤樣品的返回,引發(fā)了新一輪的月球研究熱潮。2021年10月中國科學(xué)家在《自然》雜志上發(fā)表了三篇文章,揭示了月球火山活動可以一直持續(xù)到20億年前,刷新了人類對月球巖漿活動和熱演化歷史的認知。
專家介紹,月球玄武巖是月幔(相當(dāng)于地球的地幔)部分熔融形成的巖漿經(jīng)火山噴發(fā)至月球表面冷卻結(jié)晶形成的巖石。國際學(xué)者對持續(xù)冷卻的月幔發(fā)生部分熔融曾提出兩種假說:一是放射性元素生熱導(dǎo)致月幔升溫;另一假說是如果水含量高,會降低月幔熔點。
然而中國科學(xué)家對嫦娥五號玄武巖的研究揭示月幔源區(qū)并不富含放射性生熱元素,且非?!案伞?,排除了以上兩種假說。因此,月球火山活動為什么持續(xù)如此之久,成為新一輪月球研究中的未解之謎。
針對這一問題,陳意率領(lǐng)科研團隊選取了27顆具有代表性的嫦娥五號玄武巖巖屑,采用了最新研發(fā)的掃描電鏡能譜定量掃描技術(shù)分析了巖屑的全巖主要成分,結(jié)合一系列巖石學(xué)和熱力學(xué)模擬計算,成功恢復(fù)了嫦娥五號玄武巖的初始巖漿成分,并與阿波羅樣品的初始巖漿進行對比,推算出它們的起源深度和溫度。
研究發(fā)現(xiàn),與阿波羅樣品相比,年輕的嫦娥五號玄武巖的初始巖漿含有更多的鈣和鈦,這表明嫦娥五號玄武巖的月幔源區(qū)有更多的富鈣富鈦物質(zhì)的加入。這部分物質(zhì)恰恰是月球巖漿洋晚期結(jié)晶的產(chǎn)物,且具有易熔的特性,它的加入會顯著降低月幔的熔點,誘發(fā)月幔部分熔融形成年輕的月球玄武巖。進一步的模擬計算結(jié)果顯示,月球內(nèi)部經(jīng)歷十幾億年的持續(xù)冷卻,溫度僅僅降低了約80攝氏度。
陳意說,該項研究表明,盡管月球內(nèi)部在持續(xù)緩慢冷卻,月球巖漿洋晚期結(jié)晶的易熔組分不斷加入到深部月幔,不僅為月?!把a鈣補鈦”,還降低了月幔的熔點,從而克服了緩慢冷卻的月球內(nèi)部環(huán)境,引發(fā)長期持續(xù)的月球火山作用。
該項成果在最新一期美國《科學(xué)進展》雜志上發(fā)表。
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