月幔到底有多“干”？月球上火山活动何时停止？曾经的岩浆活动如何维持？来自中科院地质地球所与国家天文台等单位的研究人员发现，嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩，月球最“年轻”玄武岩年龄为20亿年，其晚期岩浆活动的源区并不富集放射性元素，并且月幔源区几乎没有水。
图说：在发布会现场， 中国科学院院士李献华在介绍成果 新华社 发 金立旺 摄（下同）
相关研究成果通过三篇《自然》论文和一篇《国家科学评论》论文在线发表。这是首批由我国科学家主导独立完成的嫦娥五号月球样品研究成果，充分彰显出中国科学家的科研水平和创新能力。
月球多“活”了8-9亿年
以往，对来自美国、苏联的月球样本和地球上月球陨石的研究已证实，月球的生命特征之一——岩浆活动至少持续到大约28至30亿年前，古老的岩浆喷发活动留下的黑色玄武岩形成了“月海”。但是，对月球岩浆活动停止的确切时间，科学界一直存在争议。
图说：在中科院地质与地球物理研究所电子探针与扫描电镜实验室，科研人员在做实验
图说：在发布会现场， 中科院院士欧阳自远为我国科学家点赞
嫦娥五号在月球上的着陆点位于风暴洋西北处吕姆克山附近，远离“阿波罗”和“月球号”采样点。研究证明，嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩，填补了美国和苏联月球采样任务的“空白”。
在最新的研究中，科研人员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，证实月球最“年轻”玄武岩年龄约为20亿年。“也就是说，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停止时间推迟了约8亿年。”中科院地质地球所研究员、中国科学院院士李献华表示。
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10亿年至30亿年，但这种方法存在极大的不确定性。李献华指出，此次嫦娥五号玄武岩的精确年代学数据为撞击坑统计定年曲线提供了关键锚点，将大幅提高内太阳系星体表面的撞击坑统计定年精度。
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同样处于国际领先水平，为珍贵地外样品年代学等研究提供了新的技术方法。
两种解释都被排除
为什么月球冷却如此之慢，月球最晚期岩浆活动的成因一直是未解之谜。目前科学界存在两种可能的解释：岩浆中富含放射性元素以提供热源，或富含水以降低熔点。对此，最新研究给出了全新认知。
最新研究基于地质地球所研发的超高空间分辨率同位素分析技术，取得意外结果：嫦娥五号玄武岩初始熔融时并没有卷入富集钾、稀土元素、磷的“克里普物质”，嫦娥五号样品富集克里普物质的特征，是由于岩浆后期经过大量矿物结晶固化后，残余部分富集而来。
“这一结果排除了嫦娥五号着陆区岩石初始岩浆熔融热源来自放射性生热元素的主流假说，揭示了月球晚期岩浆活动过程。”李献华解释。
对于岩浆源区是否富含水，研究团队利用地质地球所纳米离子探针研发的分析技术，测定了嫦娥五号玄武岩中的水含量和氢同位素组成，获得月幔源区的水含量仅为1~5微克/克，也就是说月幔非常的“干”。科研人员指出，这一发现也排除了月幔初始熔融时因水含量高而具有低熔点，导致该区域岩浆活动持续时间异常延长的猜想。
李献华表示，月球冷却如此之慢的原因并不清楚，需要全新的理论框架和演化模型，对未来的月球探测和研究提出了新的方向。
图说：四篇论文部分作者合影留念
加强样品研究的国际合作
这些成果得到国际专家的高度评价。德国拜罗伊特大学教授奥德蕾·布维尔认为，这些结果非常令人振奋，为了解月球的形成和演化提供了惊人的科学成果；美国加州大学戴维斯分校教授尹庆柱表示，这是一个全球瞩目，特别是在行星科学界广泛关注、期待已久的重大成果。
图说：在中科院地质与地球物理研究所电子探针与扫描电镜实验室，科研人员在做实验
中国科学院高度重视月球科研样品研究工作，第一时间组织全院月球和行星科学领域的科研人员，开展多学科交叉的优势队伍协同攻关，全面开展嫦娥五号月球科研样品综合分析和研究，于2021年5月正式设立重点部署项目“嫦娥五号任务月球科研样品综合研究”。项目以月球科研样品的基础物理特性、物质成分为研究对象，解构嫦娥五号月球科研样品的特性信息。此次发表的4篇文章，是项目取得的首批研究成果。
此外，中国科学院还积极推动嫦娥五号月球科研样品分析研究的国际合作交流。目前，基于中法两国科学家在空间领域的长期友好合作基础，中国科学院和法国空间研究中心以及法国科研中心在月球样品合作研究方面已经初步达成共识，双方将以人员交流和共同研究项目的形式开展互补合作。未来中国科学院还将继续加强与国际科技界在月球样品研究方面的交流合作。
记者还了解到，第二次月球科研样品借用申请评审会日前举行。经专家审议，最终17家科研机构的28名使用责任人提出的51份申请获得通过，共计17.936克。
新民晚报记者 郜阳
