月球表面覆蓋著一層由膠結(jié)物、巖石碎片、角礫巖、礦物碎屑、玻璃質(zhì)物質(zhì)、隕石碎片等物質(zhì)組成的月壤。月壤是月球的“外衣”，更是月球內(nèi)外動(dòng)力共同作用形成的月球特產(chǎn)，對(duì)揭示月球的內(nèi)外動(dòng)力演化具有重要價(jià)值和意義。嫦娥五號(hào)月壤主要來(lái)自風(fēng)暴洋北部的EM4單元的玄武巖，年齡僅約20億年，比以往任何月壤都年輕，為揭示月球內(nèi)外動(dòng)力演化拓展了時(shí)間坐標(biāo)。遙感探測(cè)研究指示嫦娥五號(hào)著陸區(qū)的外來(lái)巖屑的比例可達(dá)10−20%，但返回樣品的研究結(jié)果顯示嫦娥五號(hào)月壤主要由本地月海玄武巖組成，極少有外來(lái)物質(zhì)（非月海），僅發(fā)現(xiàn)七顆鎂質(zhì)巖套和一顆鐵隕石碎片。嫦娥五號(hào)月壤中是否存在其他非月海物質(zhì)？如何發(fā)現(xiàn)這些非月海物質(zhì)？是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)和有價(jià)值的課題。

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所碩士研究生邱夢(mèng)凡、胡森研究員、南京大學(xué)惠鶴九教授，以及我所月球樣品研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)嫦娥五號(hào)月壤中的非月海物質(zhì)進(jìn)行了系統(tǒng)的識(shí)別和表征。他們借助顯微CT對(duì)一份月壤（CE5C0600YJFM00305，2g）進(jìn)行了三維掃描和識(shí)別，發(fā)現(xiàn)一顆約0.9 × 1.2 mm²的疑似的非月海巖屑（CE5C06#3,G9；圖1）。他們后續(xù)挑選出了這顆巖屑，并進(jìn)行了包埋制靶，對(duì)這顆巖屑進(jìn)行了更為詳細(xì)的巖相、礦物化學(xué)、高壓相、Pb-Pb定年和同位素分析，旨在揭示其形成過(guò)程和演化歷史。

圖1 CE5月壤CE5C0600YJFM00305的顯微CT分析結(jié)果。CT測(cè)量結(jié)果的橫截面顯示了疑似的非月海巖屑（紅色圓圈區(qū)域）、月海玄武巖和玻璃珠等物質(zhì)

圖2 CE5C06#3,G9巖屑的巖相圖（a）和礦物分布圖（b），虛線勾勒的區(qū)域被一些細(xì)粒的月球塵埃填充

    他們發(fā)現(xiàn)CE5C06#3,G9的巖相特征（圖2）與月海玄武巖形成鮮明對(duì)比。CE5C06#3,G9主要由斜長(zhǎng)石（46.5%），異變輝石（30.9%），富鉀和富硅的顆粒間填隙物（17.0%），鉀長(zhǎng)石（4.12%）和二氧化硅（0.87%）組成，還含有少量的鈦鐵礦（0.38%）、隕磷鈣鈉石（0.19%）、磷灰石（0.04%）、隕硫鐵（0.04%）和斜鋯石。根據(jù)斜長(zhǎng)石An#（Ca/(Ca+Na+K)，atom %）與輝石Mg#（Mg/(Mg+Fe)，atom %）的分類標(biāo)準(zhǔn)（圖3），CE5C06#3,G9屬于稀少的月球堿性巖（Highlands Alkali Suite, HAS），這也是首次在嫦娥五號(hào)月壤中發(fā)現(xiàn)來(lái)自高地的堿性巖屑。

圖3 月球高地巖屑的分類圖，CE5C06#3,G9屬于堿性巖屑

    他們對(duì)這顆堿性巖屑進(jìn)行了斜鋯石的鉛-鉛（Pb-Pb）定年分析，獲得年齡為3913±7Ma（圖4），這一年齡顯著年輕于此前報(bào)道的Apollo任務(wù)中堿性巖屑和鎂質(zhì)巖套的結(jié)晶年齡 (約4.3Ga)。目前還很難區(qū)分這一年齡究竟是結(jié)晶年齡還是沖擊年齡。這一年齡可能有兩種解釋：（1）代表這顆堿性巖屑的結(jié)晶年齡，說(shuō)明月球侵入型巖漿活動(dòng)在3.9 Ga前仍然相當(dāng)活躍；（2）代表沖擊事件的年齡，與雨海盆地的形式時(shí)間相當(dāng)。

    他們發(fā)現(xiàn)CE5C06#3,G9這顆堿性巖屑在月球上經(jīng)歷過(guò)強(qiáng)烈的沖擊變質(zhì)。該巖屑雖然未發(fā)現(xiàn)沖擊熔脈和熔融囊，但所有二氧化硅相都發(fā)生了相變，轉(zhuǎn)變?yōu)橘愂?、斯石英和擊變玻璃（圖5），斜長(zhǎng)石轉(zhuǎn)變成熔長(zhǎng)石，鉀長(zhǎng)石轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡВ▓D5）。他們估算這顆堿性巖屑經(jīng)歷了10-53 GPa的峰值壓力和約1800 K峰值溫度的沖擊事件。在CE5月海玄武巖的形成之后（約20億年），另一次較弱的撞擊事件把這顆巖屑搬運(yùn)到CE5月壤的采樣點(diǎn)，并被采集返回地球。

圖4 CE5C06#3,G9中斜鋯石的Pb-Pb定年結(jié)果，誤差為2σ

圖5 CE5C06#3,G9中二氧化硅及其高壓相礦物的巖相圖

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