地震科学研究揭示月球地幔富含石榴石

研究人员合成了富含石榴石的月球岩石组合，以确定这些组合的声速是否与月球内部深处的地震剖面相匹配。他们利用高压实验得出结论，石榴石的存在与观测到的 740-1260 千米深度的地震数据相吻合，表明石榴石在月球结构和动力学中发挥着重要作用。

月球内部的示意图，其特征是在地核-地幔边界上有一个富含石榴石的月幔，以及本研究中调查的合成月幔集合体的图片。资料来源：爱媛大学地球动力研究中心

我们今天的月球内部结构包含一个中央金属内核，其上是由橄榄石和辉石等矿物组成的地幔（如 Ol+Px 地幔），地幔下是一层外壳（如 Wieczorek 等人，2006 年）。这种月球内部图景是通过分析返回的月球样本和在月球任务期间收集的深层地震事件记录形成的（如 Weber 等人，2011 年）。

尽管文献资料丰富，但关于月幔深部是否存在石榴石（Gt）的争论仍由来已久。反思石榴石的存在，五十年前首次提出的关键问题（如 Anderson，1975 年）至今仍未得到解答：在含有石榴石的现实月球聚集体中，实验室测量的声速是否与月球内部深处的地震剖面相一致？

为了回答这个问题，爱媛的研究人员首先在地球动力研究中心使用多轴压制装置"ORANGE-2000"，在高压和高温下合成了富含石榴石的月球岩石组合（Ol+Px+Gt 样品）。这些样品随后被运往兵库县的大型同步辐射设施SPring-8，在高压高温光束线 BL04B1 上进行了实验。

在这里，研究人员将月球岩石组合置于与月球内部深处类似的压力和温度条件下，同时测量了声波在月球岩石组合中的传播速度。研究人员将实验结果与建模部分相结合，得出结论认为，含有大量石榴石的月球集合体中的声速与月球内部深处（740-1260 千米深处）的地震和密度剖面相符。

此外，他们还发现，几乎不含石榴石的岩石组合不太可能解释在这些深度观测到的月幔地震速度和密度。

这些引人入胜的结果对月球及其内部动力学，包括月球的组成和形成（如 Jing 等人，2022 年）、内部温度，以及对月核和现已失效的月球动力的影响具有重要意义。