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嫦娥五号样品在月球撞击坑统计定年曲线上提供了关键锚点 ? 图源:修改自文献[2]
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月幔真的很“干”
目前大量观测事实认为 , 月球起源于一次大碰撞(嘿 , 你知道地球和月亮到底啥关系吗?) , 由碰撞抛射出去的高温岩浆和气体冷凝而成 。 经此过程 , 水等挥发成分大量丢失 , 因此理论上月球应该是一个很“干”的星球 。 然而 , 不同科学团队估算的月幔水含量从无水(“Bone Dry”)到富水(高达200微克/克) , 变化达两个数量级 , 导致月球的“干”“湿”之争持续了几十年 。
嫦娥五号返回样品作为迄今为止最年轻的玄武岩 , 地质背景清晰 , 经历的后期改造(如小行星和彗星撞击、太阳风粒子注入等)最少 , 是回答这一问题的绝佳对象 。 科学家利用高空间分辨率纳米离子探针 , 分析了矿物和熔体包裹体的水含量和氢同位素组成 , 估算嫦娥五号样品的月幔源区的水含量仅为1-5微克/克 , 表明月幔非常之“干” 。
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月球内部的水含量随时间分布 。 嫦娥五号样品结果显示 , 月幔明显低于前人估算的水含量 ? 图源:修改自文献[1]
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嫦娥五号岩浆源区未见克里普组分
月球形成之初 , 曾被深达数百公里的岩浆洋覆盖 。 随着温度降低 , 岩浆开始固化 , 形成岩石 。 当岩浆洋结晶程度达到约98%时 , 不相容元素(不喜欢进入固体,而喜欢进入熔体的元素)在残余熔体中高度浓缩 , 最终在月壳和月幔之间形成一个薄薄的克里普岩(缩写KREEP音译 , 因富集钾K、稀土元素REE和磷P而得名)夹层 。 克里普岩富含放射性生热元素如:铀(U)、钍(Th)和钾(K) 。
遥感探测数据显示 , 月表最年轻的火山活动主要分布在月球正面一个叫风暴洋克里普地体的地方(就是月球正面的“桂花树”所在地) , 那里也是全月表最富集钍的地方 。 因此 , 长期以来 , 克里普组分中的放射性元素衰变产生的热量被认为是维持月球长时间火山活动的主要能量来源 。 然而 , 高精度的锶(Sr)、钕(Nd)、铅(Pb)同位素结果显示 , 嫦娥五号的月幔源区与克里普岩的特征相去甚远 。
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