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【转载】Sci. Adv.：43.38亿年前月球大规模的岩浆活动

科技   2024-07-30 12:20   甘肃  
月球是地球唯一的天然卫星，其形成与演化历史一直是行星科学研究的热点。普遍接受的月球形成理论认为，月球起源于一次巨型撞击事件，即一颗火星大小的天体撞击了原始地球，撞击产生的碎片最终聚合形成了月球。
早期的月球处于熔融状态，形成了一个巨大的“月球岩浆洋”。随着时间的推移，月球岩浆洋逐渐冷却结晶，形成了月壳、月幔和月核等内部结构。然而，由于后期持续不断的陨石撞击，月球表面留下了密密麻麻的撞击坑，原始月壳的证据大部分都被掩盖，使得我们难以直接了解月球早期的演化历史。

图1 月球锆石年代学
锆石是一种非常稳定的矿物，能够很好地保存其形成时的信息，如同记录地球历史的“时间胶囊”。通过分析锆石中的铀铅同位素组成，科学家可以精确地测定其形成年龄，并利用其微量元素和铪同位素组成等信息，来反演其形成时的地质过程。
此前，科学家已经对来自阿波罗任务和月球陨石的500多颗锆石进行了铀铅同位素测年分析，结果显示在约43.3亿年前存在一个明显的年龄峰值。这一峰值可能代表了月球岩浆洋最终结晶的时间，也有可能反映了由南极-艾托肯盆地等巨型撞击事件引发的全球性岩浆活动。

图2 阿波罗4.3Ga锆石的新U-Pb定年

为了更精确地限定这一年龄峰值所代表的地质事件，研究人员利用同位素稀释热电离质谱（ID-TIMS）技术，对先前已通过二次离子质谱（SIMS）测定为约43.3亿年前的阿波罗14号、15号和17号任务采集的月球锆石进行了高精度铀铅同位素测年分析。ID-TIMS技术的测年精度可达百万年级，比SIMS技术高出一个数量级。
结果显示，这些锆石的结晶年龄集中在43.38亿年到43.34亿年之间，时间跨度仅有约400万年。这一结果表明，43.3亿年前的年龄峰值并非一个持续时间长达数千万年的漫长岩浆过程，而是一个持续时间非常短的快速岩浆事件。
研究人员认为，以下三种情况都可能导致在短时间内形成大量的锆石，并解释了为什么这些锆石会广泛分布在月球近地侧：

图4 在4.338 Ga处形成锆石结晶年龄观测峰值的三种可能情况

月球岩浆洋的最终结晶：锆石可能是在月球岩浆洋最终结晶过程中形成的。然而，已有的研究表明，月球岩浆洋的结晶时间应该更早，大约在44.3亿年前就已基本完成。因此，43.38亿年前的锆石不太可能来自于月球岩浆洋的最终结晶。
一次巨型撞击事件：一次巨型撞击事件，例如南极-艾托肯盆地的形成，会产生大量的熔融物质，形成一个巨大的“撞击熔融岩浆海”。随着撞击熔融岩浆海的冷却结晶，就可能形成大量的锆石。撞击事件产生的抛射物还会将这些锆石散布到月球表面的其他区域。
多次撞击事件：43.38亿年前可能发生了一系列的撞击事件，每一次撞击都会产生少量的锆石，最终累积形成了观测到的年龄峰值。
为了进一步确定43.38亿年前发生的具体地质事件，研究人员还分析了锆石中的微量元素和铪同位素组成。结果显示，这些锆石的铪同位素组成非常均一，这与单次巨型撞击事件形成的撞击熔融岩浆海的特征相符。这是因为，单次巨型撞击事件产生的熔融物质会混合得更加均匀，而多次撞击事件则会导致熔融物质的混合程度较低，从而形成铪同位素组成变化更大的锆石。

图3 锆石中的铪同位素和微量元素

此外，这些锆石的微量元素组成也显示出一些与撞击熔融岩浆海相符的特征。例如，这些锆石的铝含量较低，表明其母岩浆中斜长岩的含量有限，这与撞击熔融岩浆海的化学成分相一致。
综合所有证据，研究人员认为，43.38亿年前的锆石峰值最有可能代表了一次巨型撞击事件，并且该撞击事件很可能就是南极-艾托肯盆地的形成。
南极-艾托肯盆地是月球上已知最古老、最大的撞击盆地，其直径约为2500公里，深度可达13公里。该盆地的形成必然产生了一个巨大的撞击熔融岩浆海，其规模足以产生大量的锆石，并解释了为什么在多个阿波罗任务着陆点都发现了这些锆石。
这一发现为我们理解月球早期演化历史提供了重要线索，未来对月球南极区域的探测将提供更多直接证据。

论文信息：Mélanie Barboni et al. High-precision U-Pb zircon dating identifies a major magmatic event on the Moon at 4.338 Ga.Sci. Adv.10,eadn9871(2024).DOI:10.1126/sciadv.adn9871



END



 http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MjM5MDM2MzQ1MA==&mid=2648138247&idx=1&sn=f7af8c4608a8bc54018f027e740730c6
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