一直以來，科學(xué)家普遍認為月球在30億年前就已“休眠”，火山活動基本停止。然而，我國嫦娥五號和六號任務(wù)分別帶回了20億年和28億年前形成的玄武巖樣品，證實月球在所謂“晚年期”依然發(fā)生了火山噴發(fā)。這引出了一個關(guān)鍵科學(xué)問題：是什么熱動力機制支撐著月球在“晚年”仍保持活力？針對這一謎題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所的汪程遠副研究員與徐義剛院士團隊，聯(lián)合香港大學(xué)錢煜奇博士等，對嫦娥六號月球樣品開展了系統(tǒng)性研究，成功揭示了月球年輕火山活動的源區(qū)特征與熱驅(qū)動機制。相關(guān)成果于北京時間8月23日凌晨2點發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)進展》（Science Advances）。
月球晚期火山活動想象圖（研究團隊供圖）
研究團隊在嫦娥六號樣品中識別出兩類形成時間相近（約28和29億年前）、但成分和來源深度迥異的玄武巖：其中，一類是源自月幔深處（超過120公里）的“超低鈦玄武巖”；另一類“低鈦玄武巖”則來自較淺的月幔（60–80公里）。通過模擬月球內(nèi)部的高溫高壓環(huán)境，研究人員發(fā)現(xiàn)，這兩類巖石來自月球早期巖漿海洋冷卻后形成的兩種不同巖層：普通的輝石巖層和含鈦鐵礦的輝石巖層（IBC）。
傳統(tǒng)觀點曾推測月球晚期火山活動可能與源區(qū)富水或富含放射性生熱元素（KREEP）有關(guān)，但嫦娥五號、六號樣品均否定了這一假說：它們的源區(qū)既“干燥”又缺乏放射性生熱元素?；趯︽隙鹆杻深愋鋷r的對比，研究團隊提出了一個新的熱動力機制：隨著月球冷卻，其巖石圈不斷增厚，深部巖漿難以直接噴出，只能滯留在月幔淺部輝石巖層的底部。這些“被卡住的”巖漿可向上傳導(dǎo)熱量，從而觸發(fā)淺部月幔部分熔融，導(dǎo)致火山噴發(fā)。
為進一步驗證該模型，團隊還分析了全月球遙感數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)約30億年前后月球火山活動的熱動力機制發(fā)生明顯轉(zhuǎn)變：30億年前熱源復(fù)雜多樣，可能包括放射性物質(zhì)、潮汐力和隕石撞擊等；而30億年之后則趨于單一，自下下而上的熱傳輸機制占據(jù)主導(dǎo)，使得年輕月球火山活動的源區(qū)集中在淺部月幔。
對全月球遙感數(shù)據(jù)的進一步分析顯示，月球正面的晚期火山巖石化學(xué)特征基本都與嫦娥五號玄武巖相近，而背面則更大多接近嫦娥六號的超低鈦玄武巖。這表明月球正面和背面的月幔組成可能存在差異：正面月幔淺部含鈦鐵礦較多，而背面則相對較少。這一發(fā)現(xiàn)為理解月球的不對稱演化提供了新線索。
該研究不僅刷新了人們對月球熱演化歷史的認知，也為解釋其他無大氣、小型天體的火山活動機制提供了重要參考。
來源:人民日報客戶端
編輯:陳曉芳 孫錦
一審:姜健 李敬友
二審:孫瑞永
三審:管延會
