月壤样品研究刷新月球演化认知：20亿年前仍存在岩浆活动

日前，由北京市委宣传部、北京市科协等部门组织遴选的2022年北京“最美科技工作者”名单揭晓，中国科学院院士、中科院地质与地球物理研究所研究员李献华入选。近日，李献华在采访中分享了月壤样品的研究、发现及未来研究方向。

2021年7月12日，嫦娥五号任务第一批月球科研样品正式发放。李献华介绍，其研究团队于接收嫦娥五号月壤样品7日内完成分析测试，并于当年10月19日对外发布嫦娥五号月球科研样品最新研究成果。该系列研究由中科院地质与地球物理研究所和国家天文台主导，联合多家研究机构共同开展，经过分析证实嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩，揭示了月球最年轻的岩浆活动为20亿年，将科学界此前认知的月球岩浆活动结束时间延长了约8亿年，相关成果形成4篇论文，在《国家科学评论》发表1篇，在国际学术期刊《自然》发表3篇。

中国科学院院士、中科院地质与地球物理研究所研究员李献华（图片来源：中科院地质与地球物理研究所）

精准定年——刷新月球生命活动认知

从地质学上讲，岩浆活动是一个星球具有生命力和内动力的表现。此前的月球样本和地球上月球陨石研究已证实，月球上岩浆活动至少持续到28亿至30亿年前。

李献华介绍，科学家曾以一种统计区域撞击坑的大小和数量的方法，推断嫦娥五号着陆区是月球最年轻玄武岩单元之一，这一区域的年龄为10亿至30亿年，然而这种定年方法存在着误差与极大不确定性。

在本次月壤样品研究过程中，李献华及其团队利用超高空间分辨率铀-铅（U-Pb）定年技术，对嫦娥五号月球样品玄武岩岩屑中50余颗富铀矿物（斜锆石、钙钛锆石、静海石）进行分析，确定玄武岩形成年龄为20.30±0.04亿年，表明月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，比以往月球样品限定的岩浆活动延长了约8亿年。

月壤颗粒表面形貌（图片来源：中科院地质与地球物理研究所）

李献华表示，月球岩浆活动需要月幔岩石熔化才能形成岩浆喷出，升温、加水、降压是岩石熔融的基本条件。研究团队据此展开研究，通过同位素示踪发现月幔源区放射性生热元素含量不高，颠覆了过去认为维持月球年轻火山活动来自克里普岩提供热源的主流观点。同时，研究团队发现月幔源区的水含量仅为1—5ppm，表明月幔很“干”，这一发现也排除了该区域月幔因水含量高而具有低熔点，从而导致岩石熔化的猜想。

目前，针对压力引与岩石熔融关系及的研究还在继续，对月球晚期岩浆活动成因的探索改变了关于月球热历史和岩浆历史的认识，为了解月球起源演化提供进一步参考。

十年磨剑——攻关离子探针微区分析技术

图为嫦娥五号月壤样品（图片来源：中国科学院科学传播局科技摄影联盟）

采样带回的月壤样品粒度十分细小，为保障分析精度，中科院地质与地球物理研究所创新性研发出多项原位微区定年分析技术，为月球样品研究提供关键技术保障。

李献华介绍，嫦娥五号月壤样品中可以定年的矿物一般只有3-5微米，而研究仪器一般情况下最小只能测到10微米。目标靶非常微小，必须将束斑准确打到样品上才能保证探测准确性。虽然差距仅有几微米，实际上在技术攻关层面实现这一分析却难度巨大。

中科院地质与地球物理研究所团队耗时3年，将高精度U-Pb同位素体系定年的空间分辨率从传统的10微米提高到5微米；又用了10年时间，将离子空间分辨率进一步提高到<3微米的国际领先水平，为嫦娥五号样品快速测年提供了关键技术支持。此外，研究中采用的超高空间分辨率的定年和同位素分析技术也处于国际领先水平，为珍贵地外样品年代学等研究提供了新的技术方法。

李献华表示，研究月壤样品还可以进一步了解太阳辐射对月球影响，太空风化作用机制，月球磁场活动以及月壤中氦-3含量等，对进一步了解月球演化和探索未来能源利用影响深远，相关研究已由不同研究机构团队相继开展，相信很快会有新的成果陆续发布。

李献华说，“月球作为一个体积较小星球，冷却速度理论上应较快，然而通过本次研究表明，它比我们过去想象的要慢很多，所以我们需要重新来理解一个体积较小的星球的热演化规律，这是对未来月球探测研究的一个新方向。”