月壤化学成分研究新进展：我院科研团队揭示月球年轻玄武岩的起源和后期改造

嫦娥五号月壤的化学组成对认识月球年轻玄武岩的形成和演化、遥感数据的原位检验、陨石和外来溅射物加入等后期复杂改造等多方面的科学问题至关重要。近日，我院地球化学系宗克清和汪在聪两位教授与合作者们在嫦娥五号月壤化学成分研究方面取得了重要进展：他们在2毫克和4毫克样品消耗量的条件下，对不同批次的嫦娥五号表取月壤中48种主量和微量元素同时进行了准确测定，并详细讨论了嫦娥五号月壤样品的均一性、外来物质加入量以及着陆区玄武岩的成因。国际地球化学和宇宙化学权威期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》在线发表了研究成果，第一作者为宗克清教授，汪在聪教授为通讯作者。

该研究团队基于常年积累的电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析经验，开发了最低2毫克样品损耗量，同时准确测定月壤中48种主量和微量元素含量的新方法。这是目前在样品消耗量最低的条件下获得元素数量最多的地质样品元素分析技术。

  该研究对两批月壤样品的七次分析结果揭示嫦娥五号月壤样品在毫克水平上非常均一，与遥感预测值基本一致（< 20-30%）。除了极个别元素（Ni）外，嫦娥五号月壤的主量和微量元素含量与其中玄武岩玻璃和岩屑的元素含量高度一致，表明嫦娥五号着陆区所在的风暴洋北部月海区域受到外来高地物质和KREEP（富钾、稀土和磷的一种月球物质）冲击混入的量非常有限（< 5%）。根据过剩的Ni含量还估算出嫦娥五号月壤大概有1%陨石物质加入，但是不会造成其它元素含量的变化。因此，嫦娥五号月壤化学成分（除了Ni）可以用来代表着陆区月海玄武岩的平均化学组成，同时支持风暴洋区域广泛分布中钛、高铁和富钍的玄武岩。

嫦娥五号两批月壤48种主量和微量元素七次ICP-MS分析结果的相对标准偏差（RSD）。结果表明嫦娥五号月壤化学成分在毫克水平上非常均一（除了Ni和低含量的Mo和W）。图中对比了以前研究中X射线荧光光谱（XRF）和中子活化（INAA）方法获得的不同批次月壤成分。

嫦娥五号月壤的主量元素和微量元素含量与其中玄武岩玻璃和岩屑化学成分的对比，结果表明嫦娥五号月壤与下伏玄武岩的化学组成很一致（除了Ni）。

嫦娥五号月壤Ni和Mg#的组成，及其与美国阿波罗玄武岩、月球陨石和地球洋中脊玄武岩的对比。结果表明嫦娥五号月壤过剩（~110-120 µg/g）的Ni指示了约1%陨石物质的加入。

     以前的研究认为嫦娥五号着陆区年轻的月海玄武岩起源于不含KREEP的月幔源区，类似于KREEP的稀土元素特征是地幔源区低程度部分熔融和岩浆演化过程中高程度结晶分异的结果。但是本次研究基于更多的微量元素特征，提出嫦娥五号玄武岩可能起源于含有少量KREEP物质（约1-1.5%）并且富集单斜辉石矿物的月幔上部。嫦娥五号玄武岩月幔源区富集低熔点的单斜辉石以及含少量放射性生热元素富集的KREEP物质可能是月球在20亿年依然存在岩浆活动的原因之一。

嫦娥五号月壤和其中玄武岩玻璃及岩屑亲石元素的低钛玄武岩标准化图解。嫦娥五号玄武岩这些元素特征不能仅用低程度部分熔融和高程度结晶分异进行解释，而反映出嫦娥五号玄武岩源区具有KREEP物质的贡献。

上述成果系统评估了嫦娥五号月壤的化学组成，定量分析了月壤中外来物质的混入量，为认识月球年轻岩浆活动和后期改造过程提供了新的制约。

该成果主要完成人所在的我校壳幔交换动力学科研团队从上个世纪90年代开始进行微量元素的分析测试和应用研究，建立了多种地质样品消解和疑难元素分析测试方法，在历届国际分析家协会微量元素分析盲样比对的成绩一直名列前茅，团队多年的积淀为本研究的顺利实施提供了强有力的保障。该研究使用的样品由中国国家航天局提供，研究得到了国家航天局民用航天技术预研究项目、国家自然科学基金和地质过程与矿产资源国家重点实验室的大力支持。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703722003258