月壤首篇论文即登《科学》:月球死亡时间延长十亿年

投稿时间:2021-10-09  消息来源:  提交者:笑傲江湖

当地时间10月7日,国际知名学术期刊《科学》上发表了我国嫦娥五号返回月球岩石样本的第一篇研究成果,该研究证明月球在约19.6亿年前仍存在岩浆活动,使目前已知的月球地质寿命“延长”了10亿年,为完善月球演化历史供了关键科学证据。
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该研究由中国地质科学院地质研究所北京离子探针中心研究员刘敦一和高级访问学者澳大利亚科廷大学教授Alexander Nemchin领衔的国际研究团队完成,论文标题为《嫦娥五号年轻玄武岩的年代与成分》。
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对于此项研究成果对我国科学界的意义,刘敦一接受中国航天报采访时表示,“这是一个重要的开端和起点,取得了一个重要的成果,对相关学科的带动作用很大。我们国家虽然很多研究机构都设了信息研究中心,但是资料来源有限,特别是在月球样品方面。这次月壤研究对我国来说,在技术方法、成果和地质上的意义都是非常新的内容,对相关学科发展有重要的推动作用。”
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北京离子探针中心挂着一句标语:“是我们的,也是你们的;是中国的,也是世界的”。刘敦一解释称,“这是我们坚持的理念,是一种格局,和这次取得重大成果也是有联系的。在科学领域,国际合作很重要,我们坚持科技资源共享、知识共享,成果属于国际团队的每位成员。但首先要感谢航天人,月球采样返回,让我们国家有了自己的月壤可以研究,现在有了成果,没有辜负他们的辛劳。”“虽然过去我们对阿波罗任务取回的月壤进行过研究,也取得了一定的成果,但只是承担一部分工作。这次是从头到尾自己做,缺乏一定的经验。所以我们组建了一支庞大的国际团队,包括美国、澳大利亚、英国和瑞典的科学家在内。这篇论文的25个作者中,有12个是国外的,他们提供了很多新的方法和思路,作出了重要贡献。”他表示。
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月球岩浆作用的停止时间,即是月球在地质意义上的死亡时间。这一直是月球演化历史研究中的重大科学问题。自美国和苏联分别执行“阿波罗(Apollo)”和“月球(Luna)”月球探测任务以来,在对这些样品进行长达52年的科学研究后,人类对月球的地质演化历史有了更清晰的认识,但这个问题仍未得到解决。此前关于月球样品的研究成果并未发现月球存在晚于29亿年的岩浆活动。
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嫦娥五号月球探测器在2020年12月带回了44年来第一批新鲜的月球岩石和碎片样本。 这批样本的采样点在风暴洋东北角的玄武岩区域――这是月表最年轻的月海玄武岩区域,所采集的样品应含有年轻的月球玄武岩。
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论文第一作者地质研究所助理研究员车晓超接受中国航天报采访时表示,“我们团队7月12日取得月球样品后,当天便投入研究工作,对样品中的岩石和矿物进行了密集、高强度的元素和同位素分析,并在此基础上开展了系统的年代测定。在不到1个月的时间里,我们筛选出玄武岩岩屑数十颗 、角砾岩岩屑数十颗、玻璃球粒200余颗、胶结玻璃数十颗;完成样品靶制备16个、显微照片2000余张、电子探针分析500余点,能谱分析2000余点、高分辨率二次离子质谱(SHRIMP)定年200余点,形成相关数据库。”
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他表示,“通过扫描电子显微镜,我们发现,(举个例子)在这块粒径500微米(0.5毫米)的玄武岩岩屑上,可定年的磷灰石粒径普遍在5~10微米之间,只有头发丝直径的十几分之一,可以说非常小,这给我们的工作增加了难度,基本达到了仪器探测分析的极限。但最后,我们得到了‘月球直至19.6亿年前仍存在岩浆活动’这一重大成果。”
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研究团队中国内外成员实时远程讨论,用详尽的微区原位高分辨率二次离子质谱(SHRIMP)定年数据和坚实的岩石矿物地球化学数据,证明了该岩石的年龄约为19.6亿年(1963 ± 57 百万年),这意味着月球直至19.6亿年前仍存在岩浆活动,使目前已知的月球地质寿命“延长”了10亿年。
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此外,确定月球年轻岩浆活动的精确年龄还可以校准用于确定月球和其他行星表面年龄的陨石坑计数技术――遥感陨石坑直径频率分布定年法。
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月球本身大约有45亿年的历史,几乎和地球一样老。与地球不同的是,月球没有多年来往往会抹去陨石坑的侵蚀或造山过程。于是,科学家们利用月球陨石坑来开发估计其表面不同区域年龄的方法。
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“月球陨石坑中有很多小坑,小坑越多,说明陨石坑越古老,但遥感定年法需要样品同位素数据进行标定。因此,嫦娥五号玄武岩样品的同位素地质年代可以修正遥感定年法。由于过去对月球岩浆演化后期的定年缺少同位素地质定年法的支撑,遥感定年法认为月球岩浆活动终止时间应在30亿年到12亿年之间。我们这次研究成果发表后,就修订了这个区间。如果未来有更多的发现,还会进一步精确。”刘敦一在接受中国航天报的采访时表示。
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