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【央广网】月球究竟活跃到何时?嫦娥五号月壤样品揭示20亿年前月球火山活动强烈
2023-07-03 | 作者:转自:央广网 | 【 】【打印】【关闭

来源:央广网  发布日期:2023-07-02 记者:刘梦雅

  你知道吗?我们如今仰望夜空所看到的月亮,已经是一个“死亡”的星球了。实际上,星球也是有“生命”的,科学家们认为,当一个星球上的岩浆活动彻底停止后,它就相当于“死亡”了。所以说,我们赖以生存的地球目前还有岩浆活动,仍是具有生命力的,而月球早已经停止了岩浆活动。

  那月球的生命结束于什么时候?早前,科学家通过阿波罗载人登月采集到的月球岩石以及月球陨石研究得出结论,月球最迟在28亿年前就停止了岩浆活动,而近两年,我国科研人员通过研究嫦娥五号月壤样品发现,月球在距今20亿年前仍喷发过滚烫的岩浆,将已知的月球地质寿命“延长”了8亿至9亿年。

  最新的一项研究进一步证实了这一结论,并有了新的发现。基于嫦娥五号月壤样品,中科院地质与地球物理研究所的科研人员开展了月球火山喷发规模研究。他们发现,月球火山喷发强度并非想象的从早期到晚期连续性降低,而是阶段性凸起式降低,并且在大约20亿年前火山活动仍然很强。相关研究成果近日在《自然·通讯》杂志上发表。嫦娥五号带回的月壤有哪些“过人之处”?在这项研究中,科研人员创新性地开发了怎样的方法“秘籍”?

  音频:月球火山喷发(点击转到原网页收听) 

  月球已经“死亡”?火山喷发藏着什么秘密? 

  太空中的月球(图片来源:视觉中国)

  月球诞生于约45亿年前,它的质量只有地球的1%左右,而在薄薄数米的月壤之中,却记录着太阳系演化的历史,研究月球对于揭示地球早期的形成和演化具有十分重要的意义。论文通讯作者、中科院地质与地球物理研究所副研究员田恒次介绍,月球上的火山活动,成为洞察月球奥秘的一扇窗口。

  田恒次说:“月球上的火山喷发主要能够揭示月球内部尤其是月幔的化学成分,火山喷发的强度可以用来研究月球的热异常状态,揭示火山物质的来源和类型,以及月球后续的构造活动。月球火山喷发的产物包括月球玄武岩、火山玻璃还有火山碎屑岩等,其中月球玄武岩可以说是产量最多的,也是主要用来研究的对象。”

  月球玄武岩,指的是月幔部分熔融形成的岩浆,经过火山喷发来到月球表面后冷却结晶形成的岩石。2020年,我国发射的嫦娥五号成功在月球正面采集了总重1.731公斤的月壤和月岩并带回地球。田恒次介绍,与近半个世纪前美国阿波罗任务带回的月壤样品较为古老的特点有所不同,嫦娥五号采集的玄武岩样品年龄大多在20亿年左右,填补了阿波罗任务的空白。

  田恒次进一步说:“嫦娥五号玄武岩样品有几个非常好的特点:一个是它很‘年轻’,国内有几个研究团队开展了大量的分析研究工作,表明玄武岩的年龄大多是在20亿年左右,而阿波罗样品的年龄主要是三四十亿年;第二个特点是外来物质占的比例很低,几乎都是本地的玄武岩;另外通过我们进一步的化学和同位素分析表明,这些玄武岩都是来自一个相同的月幔源区。相比之下,阿波罗采集到的样品化学成分还是比较复杂的,综合来看,嫦娥五号样品比阿波罗样品要简单很多,这就给我们研究更近时期的月球火山喷发规模提供了很好的机遇。”

  月壤样品得天独厚,创新方法揭示月球火山喷发规律

  以往,科研人员通常运用遥感探测手段对月海玄武岩的厚度、火山喷发体积随时间的变化等进行定量化计算,但由于这些方法原理不同,得到的结果存在一定的不确定性。这一次,有了绝佳的月壤样品,科研人员创新性地利用扩散年代学和热力学模拟计算相结合的手段开展研究。

  田恒次说:“我们主要使用的是扩散年代学和一维热量传输模型,这两种方法在以往的研究中大多数是分别使用的,这次我们把两者结合起来了。其中,扩散年代学主要是利用矿物中某些特征元素的变化规律来解读岩浆冷却的时间以及冷却速率。本次研究中我们使用了研究所的一台场发射电子探针,它研发了超低含量的分析技术,帮助我们更准确地获取橄榄石的铝、锰等微量元素含量及其变化规律。”

  

  月球玄武岩喷发速率及其随时间变化趋势(受访者供图)

  通过重建嫦娥五号玄武岩的熔岩流厚度和体积,研究团队发现,在月球火山活动晚期,也就是20亿年前,仍然存在大规模的岩浆喷发。

  “我们估算出玄武岩喷发的厚度,在10-30米左右,这个结果与遥感探测手段得到的结果较为一致。有了厚度,以及嫦娥五号着陆区地质单元的面积,我们将这两个数据相乘,就能得到一个体积,大概达到了500-900立方千米。这个喷发的体积还是比较大的,所以我们认为,月球到了晚期火山喷发规模仍然非常大。”田恒次说。

  那么,放眼整个月球火山喷发历史,火山喷发速率又呈现出怎样的变化趋势呢?研究团队通过进一步系统梳理前人对火山喷发规模的研究,发现月球火山喷发速率并不是人们之前想象的从早期到晚期连续性降低,而是以阶段性凸起的方式在减弱,并且晚期仍有比较大规模的喷发。可以说,这项研究为月球火山活动的规律提供了强有力的证据,同时也为月球热演化模型的修正提供了关键参数。田恒次表示,造成这一现象的原因目前还没有定论,后续团队还将结合热演化模型进行综合分析。

  “现在我们还只是发现在20亿年前月球火山活动还是很强,这可能跟这个地区月壳的厚度、深层裂隙等因素有关,但具体原因还是不清楚的。接下来,我们将在前期工作的基础上,利用新的分析技术重新评估火山喷发的规模,以及与其他团队合作建立该着陆区的热演化模型,尽可能去探寻到底为什么20亿年前月球上还有大量的岩浆活动。”田恒次进一步解释道。

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