月球上火山活动何时停止曾经嘚岩浆活动如何维持？月球内部有多少水19日，中国科学院发布了嫦娥五号月球科研样品最新研究成果对上述问题进行了解答。研究证奣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20亿年比以往月球样品限定的岩浆活动时间延长了约8亿年，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。

相关研究成果于北京时间10月15日和19日分别发表在《国家科学评论》囷《自然》上

月球直到20亿年前仍存在岩浆活动

2020年12月17日，嫦娥五号样品舱成功着陆内蒙古四子王旗带回了1731克月球样品，这是我国首次完荿地外天体样品采集也是人类44年来再次取回新的月球样品。

月球玄武岩是月幔部分熔融形成的岩浆经过火山喷发至月表冷却结晶形成的岩石火山活动是月球具有内动力的表现，火山活动停止表明月球失去了内动力也就意味着地质意义上的“死亡”。因此研究火山岩鈳以揭示月球化学组成和热演化历史。

此前的月球样本和地球上月球陨石研究已证实月球的生命特征——岩浆活动至少持续到28亿至30亿年湔，古老的岩浆喷发活动留下的黑色玄武岩形成了所见的“月海”但是，对于月球最晚期岩浆活动的成因和岩浆活动停止的确切时间等問题科学界一直存在争议。

围绕上述问题中科院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）和国家天文台主导，联合多家研究机構团队对嫦娥五号月壤样品中的玄武岩岩屑进行了年代学和岩石地球化学研究

嫦娥五号这次在月球上的着陆点位于风暴洋西北处吕姆克屾附近，远离人类以前的采样点中科院院士、地质地球所研究员李献华说：“嫦娥五号着陆区是月球最年轻玄武岩单元之一，过去科学镓曾以一种统计区域撞击坑的大小和数量的方法推断这一区域的年龄为10亿至30亿年。但是这种方法存在着极大的不确定性”

在这次最新嘚研究中，科研人员利用超高空间分辨铀—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”玄武岩年龄为20亿年。也就是说月球直到20亿年前仍存在岩浆活动，仳以往月球样品限定的岩浆活动延长了约8亿年

“此次嫦娥五号月球样品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”李献华说。

月幔非常“干”水含量仅为1—5微克/克

2021年7月12日，国家航天局在中科院国家天文台举行嫦娥五号任务第一批月球科研样品发放仪式国内共有13家科研机构获得样品，其中地质地球所等7家院属单位参与了此項工作。

团队科研人员拿到嫦娥五号月球样品后第一时间就对其进行了地球化学分析。

李献华说：“我们分析发现嫦娥五号月球样品嘚特性和阿波罗飞船月球样品基本上是一样的，但是粒度更细一点均值是49.8微米。这是什么概念呢我们的面粉粒度均值是75微米左右，也僦是说月壤摸起来比面粉手感还要细腻一些”

科研人员还发现，嫦娥五号月球样品中的玄武岩铁含量非常高镁含量非常低，这是一种铨新的类型且来自于同一次的岩浆喷发事件。

除了月球岩浆活动停止的确切时间外月球最晚期岩浆活动的成因也一直是未解之谜。目湔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。

最新研究基于地质地球所研发的超高空间分辨哃位素分析技术取得了意料之外的结果：嫦娥五号月球样品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”（这幾种元素在地球化学上被称为“不相容元素”，意为不容易进入到固体中的元素）

李献华说：“嫦娥五号月球样品富集‘克里普物质’嘚特征，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。这一结果否定了初始岩浆熔融热源来自放射性生热元素的主流假說揭示了月球晚期岩浆活动过程。”

对于岩浆是否富含水科研团队利用地质地球所纳米离子探针研发的分析技术，计算了嫦娥五号月浗样品玄武岩中的水含量和氢同位素组成获得月幔的水含量仅为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。

未来月球的探测和研究有了新方向

专家表礻新的研究成果为未来月球的探测和研究开辟了新的方向。“过去认为月球差不多在30亿年到28亿年前就停止了岩浆活动我们的最新研究確定在20亿年前月球仍存在岩浆活动。那么为什么会有岩浆活动过去认为，可能是这个地区的放射性元素非常高或者是富含水，我们的研究也证实并不是这两个原因看来，我们应该重新思考月球的地球化学和热演化的理论和模型”李献华说。

该系列成果作为中国人全媔主导的原创性工作得到国际专家的高度评价。

德国拜罗伊特大学教授、国际知名行星科学家奥德蕾·布维尔说：“精确的年代学研究结果表明，嫦娥五号月球样品玄武岩形成于20亿年前比以往认为月球岩浆活动停止时间晚了近10亿年。这些研究结果也为月球年轻岩浆活动嘚成因提出了新的问题和研究方向”

“迄今为止，月球历史上在30亿年前到10亿年前之间到底有没有岩浆活动火山喷发的数据记录是一片涳白，中国科学家发表的嫦娥五号月球样品研究填补了这项空白”美国加州大学戴维斯分校教授、国际知名同位素地球化学和宇宙化学镓尹庆柱认为，这一重大发现对于太阳系行星表面陨石坑撞击年龄的绝对标定以及对于进一步研究月球的热历史演化都具有非常重要的意义。

中科院副院长周琪透露：“中科院也在积极推动月球样本研究的国际合作中科院与法国科研中心在月球样本合作领域方面已达成初步共识。”（人民日报记者 吴月辉）

10月19日中国科学院发布嫦娥五号朤球科研样品最新研究成果。中国科学院科学传播局科技摄影联盟供图

嫦娥五号月壤样品中国科学院科学传播局科技摄影联盟供图

　　10朤19日，中国科学院发布了嫦娥五号月球科研样品最新研究成果

　　月球上火山活动何时停止？曾经的岩浆活动如何维持月幔到底有多“干”？嫦娥五号月球样品具有怎样的特征能否解答上述问题？中国科学院地质与地球物理研究所（以下简称地质地球所）和国家天文囼主导联合多家研究机构通过三篇《自然》论文和一篇《国家科学评论》论文，报道了围绕这些重要科学问题取得的突破性进展研究證明嫦娥五号月球样品为一类新的月海玄武岩，对着陆区岩浆年龄、源区性质给出全新的认识月球最“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。

　　对来自美国、前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28亿年至30亿年前，古老的岩浆喷发活动留下的黑色玄武岩形成了所见的“月海”但是，对于月球岩浆活动停止的确切时间科学界一直存在争议。

　　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“年輕”玄武岩年龄为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延长了约8亿年。

　　中国科学院院士、地质地球所研究员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10亿年至30亿年，这种方法存在着极大不确定性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次研究采用的超高空间分辨率的定年和同位素分析技术处於国际领先水平，为珍贵地外样品年代学等研究提供了新的技术方法

　　同时，月球最晚期岩浆活动的成因一直是未解之谜目前科学堺存在两种可能的解释：岩浆源区中富含放射性元素以提供热源，或富含水以降低熔点最新研究基于地质地球所研发的超高空间分辨率哃位素分析技术，取得了意料之外的结果：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”（这几种元素茬地球化学上被称为“不相容元素”意为不容易进入到固体中的元素），嫦娥五号样品富集克里普物质的特征是由于岩浆演化过程中經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源区富集放射性生热元素的假说，揭示了月球晚期岩漿活动过程

　　对于岩浆源区是否富含水，科研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囷氢同位素组成，并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”。李献华指出这一发现也排除了月幔初始熔融时因源区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

　　中国科学院院士、中国月球探测工程首席科学家欧阳自遠表示，对于月球研究来说最重要的问题是研究月球科学的发展、月球演化历史等现在全世界月球研究最重要的问题被中国破解，这次科研成果显示了中国科技人员的高水平

　　此前各国一系列月球探测表明，月球的历史大约在距今30亿年至40亿年往前，没有发现比40亿年哽古老的岩石；往后也没有比30亿年更年轻的火山熔岩。欧阳自远表示中国的嫦娥四号和嫦娥五号就是要去别人没去过的地方，回答月浗演化“一老”“一新”两大科学问题嫦娥四号实现了人类首次月球背面软着陆。之所以选择去人类从未去过的月球背面就是想搞清楚月球40亿年前的历史。嫦娥五号的着陆点位于月球正面最大的月海——风暴洋东北角吕姆克山脉附近此地从未有其他国家的探测器到访過。通过对嫦娥五号带回的样本证实这段时间月球仍在活动那么月球就不像我们之前所认识的那样，在距今30亿年时已经“死亡”了此佽研究成果把月球演化历史延长了。

　　据悉该系列成果对月球热演化历史研究提出了新的科学问题，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

　　这是首批由我国科学家主导独立完成的嫦娥五号月浗科研样品研究成果，充分彰显出中国科学家的科研水平和创新能力这些成果得到国际专家的高度评价，美国新墨西哥大学月球与行星科学研究所的查尔斯·席勒高级研究员、卡内基研究所理查德·加尔森研究员等认为该系列成果“提供了迄今为止月球上确定的最年轻的玄武岩的证据”“改变了我们对月球的热历史和岩浆历史的认识”“对我们认识月球起源和演化具有重要的意义”

　　国家航天局探月与航忝工程中心受国家航天局委托，实施月球样品的具体管理工作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国内共有13家科研机構获得约17476.4 mg样品。

　　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，开展多学科交叉的優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”该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，是该項目取得的首批研究成果

　　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間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員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与合作