中国科学家测定月球年龄为20.3亿年,究竟是怎么一回事?(2)

月球最晚期的岩浆活动为何比此前推测的时间晚呢？李献华说，月球最晚期岩浆活动的成因一直是未解之谜，目前科学界认为存在两种可能的解释：岩浆源区中富含放射性元素以提供热源，或富含水以降低月幔熔点。
沿着这两种研究思路，研究人员们对嫦娥五号月球样品进行了进一步探究，取得了两项意料之外的结果。
月球变冷速度比想象中慢
放射性元素提供热源是目前学术界的主流假说。但第二篇论文《Non-KREEP origin for Chang’E-5 basalts in the Procellarum KREEP Terrane》中，杨蔚和同事的研究表明，月球年轻玄武岩来源的产热元素含量似乎比预期的要低，这一结果也意味着，月球内部有着比预想中更为持久的冷却历史。
按照之前的设想，嫦娥五号着陆区为克里普地体，可能溶出这些岩石的源区也富集不相容元素。简单地说，克里普物质是指富集钾、稀土、磷等元素的物质，这些元素不容易进入到固体中，在地球化学上被称为“不相容元素”。 月球岩石中的克里普物质，从某种程度上可以反映火山活动的热源从何而来。
最新研究发现，嫦娥五号玄武岩样品具有富集克里普物质的特征，但“这是由于岩浆经过大量矿物结晶分异后，残余部分富集而来”。
研究人员采用世界最高空间分辨的激光原位分析方法，分别在80微米和20微米尺度获得长石的锶（Sr）和白磷钙矿的钕（Nd）同位素，这也是迄今为止微区Sr-Nd同位素分析方法首次应用于月球样品研究。研究结果表明，嫦娥五号月球样品上锶和钕同位素与克里普具有显著的差异，其在形成过程中，克里普组分的贡献不足0.5%。
而这一发现也意味着，维持月球长期火山活动的，并非月幔中富含克里普。
该论文指出，嫦娥五号所采集、形成于20亿年前的玄武岩的起源表明，当时月球内部比阿波罗采样的约在35亿年前形成的更原始玄武岩形成时要冷得多，“尽管经历了相当大的长期冷却，但一定有某种机制使月球地幔中的熔融区直到20亿年前才凝固。一种可能的机制是，月球上厚厚的绝缘外层充当了热盖，导致冷却速度足够慢”。
对此，李献华解释称，这一结果排除了嫦娥五号着陆区岩石初始岩浆熔融热源来自放射性生热元素的假说。
月幔源区几乎没有水的存在
在第三篇论文《A dry lunar mantle reservoir for young mare basalts of Chang’E-5》中，胡森和同事测定了嫦娥五号玄武岩样品中岩浆包裹体和磷灰石的水含量，得出月幔含水量较少的结论。
此前，根据阿波罗任务以来的分析，一直认为月球是无水的。过去十年原位分析技术的进步，使研究者能对月球样品进行微观尺度的水丰度分析，对其月幔水丰度的估计范围差异达两个数量级，这表明月球内部并不像曾经认为的那样“干”。
该论文指出，关于月球内部水的来源和分布仍存在许多问题，因此，研究来自新地区的年轻玄武岩样本可为月球中水的时空演化提供重要线索。
在得到嫦娥五号月球样品后，研究人员利用高空间分辨的纳米离子探针对样品的水含量和氢同位素组成进行了测定。研究人员估算出，嫦娥五号月球样品月幔源区每克岩石的水含量仅为1-5微克，表明嫦娥五号玄武岩的源区非常“干”。与阿波罗样品反推的月幔相比，这是水含量最低的月幔。
研究人员指出，这一发现也排除了月幔初始熔融时因水含量高而具有低熔点，导致该区域长时间岩浆活动的猜想。
月球的探测和研究有新方向
此次发表在《自然》杂志的三篇论文，及更早前发表在《国家科学评论》上的一篇论文，作为由我国科学家主导独立完成的嫦娥五号月球科研样品研究的首批成果，得到国际专家的高度评价。