地質地球所工程師在分析嫦娥五號月壤成分。受訪者供圖

為何月球在距今20億年前依然有火山活動？

這是科學家一直想了解的月球演化歷史研究中的一個重大科學問題。

通過對“嫦娥五號”帶回的月球樣品進行研究，中國科學院地質與地球物理研究所（下稱“地質地球所”）的科研人員發現，月幔在20億年前比30多億年前含有更多的鈣和鈦，導致月幔熔點降低，從而克服了緩慢冷卻的月球內部環境，引發長期持續的月球火山作用。

10月22日，該研究相關成果發表於《科學進展》。

月球形成於約45億年前，質量隻有地球的約1%，對於如此小的天體來講，理論上它應該快速冷卻，很早就停止火山活動，成為地質意義上的“死亡”星球。那導致月球如此“長壽”的根本原因是什麼？

“要想找到月球長壽的秘訣，首先需要搞清楚20億年前月球內部的狀態。”地質地球所研究員陳意說。然而，目前人類返回的月球樣品基本都是月表物質，如何通過月表物質推測月球內部的狀態，是比較困難的。

以原有地球岩石學和熱力學研究為基礎，陳意團隊發現，通過對地球火山岩樣品進行岩石學和熱力學模擬計算，可以反向推演出岩漿最開始形成的深度和溫度條件。

這一想法為月球研究打開了新思路。陳意介紹，在確立“嫦娥五號”玄武岩起源的深度和形成的溫度，即月幔發生部分熔融時的溫度和壓力條件的基礎上，與更古老的阿波羅玄武岩進行對比，即可建立全新的月球岩漿—熱演化模型。

思路有了，但相較於地球研究，月球研究仍有一定難度。“嫦娥五號”土壤樣品平均粒度僅有50微米。粒度越小，這意味著其中所含礦物量等信息就越少。研究團隊建立了若干標准，試圖在其中找到顆粒更大、礦物種類更全、礦物分布更均勻的岩屑作為初始成分，反向推演彼時月球內部發生的情況。

最終，他們從600多顆岩屑中選取了27顆具有代表性的岩屑，採用最新研發的掃描電鏡能譜定量掃描技術，分析了岩屑的主要成分，結合一系列岩石學和熱力學模擬計算，成功恢復了“嫦娥五號”玄武岩的初始岩漿成分，並與阿波羅玄武岩的初始岩漿進行對比。

研究發現，與阿波羅玄武岩的初始岩漿相比，年輕的“嫦娥五號”玄武岩的初始岩漿含有更多的鈣和鈦，這表明“嫦娥五號”玄武岩的月幔源區有更多的富鈣富鈦物質的加入。

進一步的模擬計算結果顯示，月球內部經歷十幾億年的持續冷卻，溫度僅僅降低了約80攝氏度。

他們據此提出新的月球熱演化模型：月球岩漿洋晚期結晶的易熔物質，逐漸加入到了月幔，不僅為月幔“補鈣補鈦”，還導致月幔熔點降低，從而克服了緩慢冷卻的月球內部環境，引發了長期持續的月球火山作用。

南方日報記者 徐勉 王詩堃

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