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紫金山天文臺等嫦娥五號首批月球樣品研究取得重要進展

  12月10日,由中國科學院紫金山天文臺徐偉彪研究員及其行星化學科研團隊聯合南京地質古生物研究所合作完成的一項關于嫦娥五號首批月球樣品的研究成果以“Mineral chemistry and 3D tomography of a Chang’E 5 high-Ti basalt: implication for the lunar thermal evolution history”為題在線發表于我國綜合類學術期刊《Science Bulletin》(《科學通報》英文版)上。

  月海玄武巖主要分布在月球正面的盆地中,可能是100至400公里深處的月幔部分熔融形成的。通過對不同類型的月海玄武巖樣品的分析,可以研究月球深部物質成分、巖漿過程隨時間和空間的演化。嫦娥五號(CE-5)月球采樣返回任務的成功為我國相關研究提供了重要契機。

  中國科學院紫金山天文臺是國內首批獲得月球科研樣品的13家科研機構之一,徐偉彪研究員作為使用責任人獲批兩份月球玄武巖樣品。他們利用高分辨率顯微CT、掃描電子顯微鏡、電子探針等對其中一個樣品(編號CE5C0000YJYX065)開展了詳細的礦物學和三維斷層成像研究。結果表明,該樣品屬于月球火山玄武巖,具有細粒-中粒次輝綠結構,少量橄欖石斑晶分布在由輝石、斜長石、鈦鐵礦和其他副礦物組成的基質中,主要組成礦物輝石的化學成分和演化趨勢與美國阿波羅計劃(Apollo)和蘇聯月球號計劃(Luna)返回的高鈦玄武巖類型高度一致。該樣品含有極高的(體積百分數17.8 vol%)鈦鐵礦含量,豐度接近阿波羅月海玄武巖的最高值(18 vol%),并富集磷酸鹽礦物(0.5 vol%)。多項證據表明,不同于日前已報道的嫦娥五號中鈦和低鈦月海玄武巖類型,該樣品是一種相對少見的富集稀土元素的高鈦月海玄武巖,這表明嫦娥五號著陸區歷史上可能曾經發生過多次火山噴發活動,將有望解讀月幔源區不同物質成分、火山巖漿形成的能量來源和月球晚期火山活動的精細時空分布規律,后續深化研究工作正在進行中。

  該項研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項(B類)、民用航天技術預先研究項目、中國科學院重點部署項目、國家自然科學基金項目以及小行星基金會等聯合資助。文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.scib.2021.12.006.

圖1 CE-5玄武巖樣品(CE5C0000YJYX065)不同角度、不同深度的高分辨率顯微CT圖像,顯示了典型的次輝綠結構,橄欖石(Ol)以斑晶形式出現,鈦鐵礦(Ilm)以細小針狀顆粒分布在硅酸鹽礦物輝石(Px)和長石(Pl)之間。

圖2 CE-5玄武巖樣品(CE5C0000YJYX065)一個顆粒的背散射電子圖像(a)及其元素面掃描圖(b),主要礦物輝石(Px)呈現明顯的化學分帶現象,鈦鐵礦(Ilm)以針狀形式出現,長石(Pl)以獨立顆粒存在或者被包裹在輝石中,還有少量橄欖石(Ol)和二氧化硅(Silica)。

圖3 主要礦物輝石的化學成分特征。(a)CE5C0000YJYX065樣品中輝石的Ca-Fe-Mg成分變化趨勢以及(b)Fe/(Fe+Mg)-Ti/(Ti+Cr)投圖與阿波羅11號和17號高鈦月海玄武巖(HT)、低鈦月海玄武巖(LT)和超低鈦月海玄武巖(VLT)的對比。

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