月球岩石形成的發現解決了月球地質學的重大難題

新的研究破解了月球上一種獨特岩石形成的重要過程。這一發現解釋了它的特徵成分以及它在月球表面的存在，揭開了一個長期困擾科學家的謎團。這項研究發表在1月15日的《自然-地球科學》（Nature Geoscience）雜誌上，揭示了這些獨特岩漿形成過程中的一個關鍵步驟。

圖爲 1972 年 NASA 執行阿波羅 17 號任務期間，宇航員兼地質學家 Harrison H. Schmitt 站在一塊巨大的月球巨石旁。這項研究中的科學家們使用了來自這次阿波羅任務的岩石樣本。資料來源：NASA/Gene Cernan

利用熔岩進行的高溫實驗室實驗與對月球樣本進行的精密同位素分析相結合，確定了控制其成分的關鍵反應。

圖片顯示的是阿波羅 17 號任務中的月球岩石（被稱爲高鈦玄武岩）樣本，與本研究中分析的樣本類似。資料來源：美國國家航空航天局

核心反應

這種反應發生在大約 35 億年前的月球內部深處，涉及岩漿中的鐵（Fe）元素與周圍岩石中的鎂（Mg）元素的交換，改變了熔體的化學和物理特性。

共同第一作者、布裡斯托爾大學地球科學教授蒂姆-埃利奧特（Tim Elliott）說："火山月岩的起源是一個引人入勝的故事，它涉及原始岩漿海洋冷卻時產生的不穩定的行星級晶體堆的'雪崩'。

"制約這段史詩般的歷史的核心是存在月球獨有的岩漿類型，但解釋這種岩漿如何到達月球表面並被太空任務採樣一直是個棘手的問題。能解決這個難題真是太好了"。

圖片顯示的是美國國家航空航天局克萊門汀號航天器獲得的月球表面鈦丰度圖。與陸地岩石相比，紅色部分表示極高的濃度。圖片來源：月球與行星研究所

瞭解高鈦玄武岩

早在 20 世紀 60 年代和 70 年代，美國國家航空航天局的阿波羅任務就成功地從月球地殼中取回了凝固的古老熔岩樣本，自此人們就知道月球表面部分地區鈦（Ti）元素的濃度出奇地高。最近的軌道衛星測繪顯示，這些被稱爲"高鈦玄武岩"的岩漿在月球上廣泛存在。

"到目前爲止，模型還無法再現符合高鈦玄武岩基本化學和物理特徵的岩漿成分。"共同第一作者、明斯特大學礦物學研究所研究員 Martijn Klaver 博士補充說："事實證明，要解釋它們的低密度尤其困難，因爲這種低密度使它們能夠在大約 35 億年前噴發。"

該研究實驗的電子顯微鏡圖像。熔體（棕色）與周圍的晶體（綠色）發生反應，導致含鐵量較低的熔體。資料來源：布裡斯托爾大學/明斯特大學

由英國布裡斯托爾大學和德國明斯特大學領導的國際科學家小組利用高溫實驗成功地在實驗室中模擬了高鈦玄武岩的生成過程。對高鈦玄武岩的測量還發現了一種獨特的同位素組成，爲實驗所再現的反應提供了指紋。

這兩項結果都清楚地表明，熔固反應是理解這些獨特岩漿形成的不可或缺的因素。