重大发现:嫦娥五号着陆区至少经历了四次火山岩浆喷发

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IT大王 9 月 17 日消息，中国科学院国家空间科学中心与北京大学等单位合作完成的一项研究表示，嫦娥五号着陆区至少经历了四次火山岩浆喷发，且该地区的岩浆喷发通量在月球火山活动晚期（约 20 亿年前）有显著（约 2 个数量级）增强。

▲ 嫦娥五号着陆区的（a）光学影像、（b）假彩色波段合成影像以及（c）钛含量分布图 | 图自中科院国家空间科学中心，下同

据中国科学院国家空间科学中心介绍，我国嫦娥五号月球探测器于 2020 年 12 月着陆于月球正面风暴洋克里普地体的东北部地区，随后对着陆点附近的月表物质进行了采样并成功将 1731 克月壤样品带回地球。风暴洋克里普地体的东北部地区之所以被选择成为嫦娥五号任务的着陆区，主要在于它被认为是月球表面最年轻的玄武岩单元之一并且富含铀、钍、钾等生热元素。先前基于热化学与动力学的模拟研究认为，风暴洋克里普地体中富含的生热元素恰恰是维持月球火山活动的主要原因。因此，对于嫦娥五号着陆区玄武岩厚度及其喷发速率的研究将进一步增进对于月球火山活动与内部热演化历史的认识。

IT大王了解到，研究结果表明，嫦娥五号着陆区至少经历了四次火山岩浆喷发，厚度中值分别为 230 米、70 米、4 米以及 36 米。而从玄武岩厚度的空间分布趋势来看，可以发现随着距离 Rima 与 Mairan 两条月溪越远，玄武岩的厚度逐渐递减，这表明 Rima 与 Mairan 两条月溪的火山口为嫦娥五号着陆区玄武岩的喷发源头。进一步地，结合各玄武岩单元的面积与年龄估算结果，计算了嫦娥五号着陆区玄武岩的喷发速率，发现该地区的岩浆喷发通量在月球火山活动晚期（约 20 亿年前）有显著（约 2 个数量级）增强。

▲ （a）嫦娥五号着陆区各下伏玄武岩单元的厚度。（b）Em4 与 Em3 单元厚度之和的空间分布，其中红色曲线为 Rima 与 Mairan 月溪。（c）嫦娥五号着陆区以及月表其它地区玄武岩岩浆的喷发率

基于热化学与动力学模型的研究认为，月球正面风暴洋克里普地体中富含生热元素是月球晚期火山活动依旧活跃的主要原因。然而，最新的样品研究结果表明，嫦娥五号着陆区的玄武岩并非克里普玄武岩。

该研究提出一种可能性，即风暴洋克里普地体中的生热元素的确为月幔部分熔融区域提供了热源，但是岩浆在由月幔快速上升至月表的过程中可能并没有来得及与风暴洋克里普地体中的克里普成分充分混合，从而导致嫦娥五号玄武岩样品中并未测量到较多的克里普物质。

此外，嫦娥五号着陆区的月壳厚度比平均月壳厚度小 25% 左右，且早期邻近的雨海盆地撞击事件可能在月壳中形成了大规模的裂隙构造，这些因素都有利于月幔中的岩浆喷发至月表。月球晚期火山活动的维持机制一直是月球科学研究中的热点问题，而对于嫦娥五号玄武岩样品的进一步挖掘研究（如对粘滞度和热导率等参数的测量），有望为现有的月球热化学与动力学模型提供新的约束，从而为解释月球火山活动的持续时间与喷发规模提供有力证据。