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我校在月球火山研究中取得新进展

发表时间:2023-01-20     点击:次     编辑:张冰

地大新闻网讯(通讯员 殷茵)年轻月海玄武岩是月球近期(30亿年以来)火山活动的产物,蕴含月球晚期热演化及月球如何逐步走向死寂的奥秘。我国嫦娥三号对雨海北部的年轻玄武岩单元进行了探测,而嫦娥五号更是直接从风暴洋北部地区采集到了距今20亿年左右形成的玄武岩样品,为认识月球晚期火山活动提供了可能。

近日,我校研究团队基于嫦娥三号和嫦娥五号任务提供的宝贵地面真值,对全月年轻火山活动进行了研究,重新解译了它们的物质组成并校正了各火山单元的年龄。相关成果在《自然·天文学》(Nature Astronomy)上发表,第一作者为我校地球科学学院钱煜奇博士、佘振兵教授、何琦博士,通讯作者为肖龙教授和汪在聪教授。

月球火山活动在雨海纪较为活跃,随着月球冷却,火山活动慢慢减弱并集中到风暴洋克里普地体范围内,这可能与该地体富集放射性生热元素有关。前人认为,这些年轻月海玄武岩具有中钛、高铁的特征。过去数十年,基于地基和轨道光谱数据,多位研究者指出年轻月海玄武岩具有橄榄石富集的光谱信号。对嫦娥三号原位探测数据和嫦娥五号样品的研究可以检验前人观点,深化对月球火山历史的认识。

通过对嫦娥三号可见—近红外成像光谱仪和嫦娥五号月球矿物光谱仪数据的分析,我校研究团队发现年轻月海玄武岩的光谱吸收特征与遥感结果一致,前人认为是橄榄石富集的特征。然而,研究团队对嫦娥三号粒子激发X射线谱仪和嫦娥五号返回样品的实验室综合分析后发现,嫦娥三号和嫦娥五号玄武岩中橄榄石的含量都不到10%。是什么原因造成了前人解译的偏差呢?通过对嫦娥五号月壤主要组成矿物电子探针分析,研究团队认为这是由于月壤中辉石成分特殊造成的。

嫦娥三号和嫦娥五号年轻月海玄武岩矿物组成与前人普遍认识的不同,促使我校研究团队思考月球其他年轻月海玄武岩的矿物组成。鉴于年轻月海玄武岩较为演化的性质,团队采用镁值可变的查找表算法,基于月球矿物绘图仪数据得到了全月年轻月海玄武岩矿物组成。研究团队发现年轻月海玄武岩区域矿物组成并不均一,存在部分成分特殊区域。

月球月海玄武岩年龄及其演化趋势

除此之外,嫦娥五号样品首次在10亿—30亿年范围内校正月球撞击年代学曲线。因为所有年轻月海玄武岩的年龄都在10亿—30亿年范围内,有必要使用新年代学曲线对其年龄进行重新厘定。据此,研究团队使用主动机器学习方法识别了撞击坑大小和分布并基于岳宗玉等人提出的新年代学曲线,制约了年轻月海玄武岩单元的模式年龄。

在上述工作的基础上,研究团队发现年轻月海玄武岩随年龄减小,具有钛含量增加的趋势,但橄榄石含量不具有明显演化特征。全月月海玄武岩喷发随时间逐渐减弱,在20亿年左右存在一个小峰期,形成了包括嫦娥五号玄武岩在内的,广泛分布于风暴洋克里普地体内的年轻月海玄武岩单元,指示可能存在特殊的月幔熔融机制。

年轻月海玄武岩对揭示月球晚期热历史及月幔结构具有重要指示意义,研究团队提出的U3(最高橄榄石含量)和U17(最年轻的年龄)玄武岩单元具有极高的采样返回价值,应作为未来月球探测任务的优选区域。

(编辑 孙彦钦 审稿 陈华文)

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