答：“月幔”：月球的“月幔”是什么？

空少问答

小课堂

第117期

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答：“月幔”：月球的“月幔”是什么？

上周六，空少为大家留了1个问题，来看看空少的解答以及从留言中选出的最佳答案吧！

想要查看原问题背景介绍的朋友们可以点击《问：“月幔”：月球的“月幔”是什么？》~下面就让我们来看看空少的解答吧！

空少正解

为了更好的了解月球的“月幔”，之前我们介绍了地球的地幔的一些知识。上周的提问篇我们讲到，科学界关于月幔物质组成的推论一直没有被很好地证实，以前采集的月球样品一直缺少与月幔准确物质组成相关的直接证据，主要有两点原因：一是月球的月壳比较厚，大约有60-65公里厚（而地壳平均厚度只有约17公里）；二是月球已经基本没有火山和板块运动，所以在月球表面找到月球深部月幔物质的机会很少。玉兔二号月球车驶上月面后，其携带的可见光和近红外光谱仪在两个探测点获得了质量良好的光谱数据，而这些光谱数据可以用于分析月壤成分。分析发现，嫦娥四号着陆区的月壤成分明显不同于嫦娥三号着陆区的月海玄武岩，其中含有低钙辉石，并可能有大量橄榄石存在，这就与科学家以往对于月幔成分的分析符合的非常好。

《自然》上嫦娥四号探测论文的配图：嫦娥四号VNIS仪器探测结果（来源https://www.nature.com/articles/s41586-019-1189-0）

所以这一期，我们着重聊一聊，月球的月幔是怎么发现的，是什么样的，怎么产生的，有什么特点？

月幔和地幔一样也是由地震波发现的。从阿波罗系列开始的月球探测器往往会有地震波的探测。根据天然和人工月震所提供的资料表明，月球跟地球一样，也可以分成月壳、月幔和月核等层次。最上方月壳厚约60-65公里，其最上部的1000-2000米主要是月壤和岩石碎块；而最里边的月核，大约是在1000公里深处，根据分析主要由铁、镍、硫等组成；在这中间就是月幔。

月球上月震的探测（来源：https://www.college-de-france.fr/media/barbara-romanowicz/UPL555022322944083599_garcia_nov20_cdf.pdf）

月震的主要震源位于下地幔深处、月球地下约800-1000公里处。800公里深度以上，地震波衰减非常低；800公里以下，横波和纵波急速衰减；再往深处的月球中心，纵波可以传播但横波消失。由于我们之前没有足够的篇幅来讲解地震波，所以关于地幔、月幔中的地震波变化性质，就不做详细的讲解了。简单来说，从月壳到月幔，地震波速度明显上升，区分出月幔的位置；从月幔到月核，横波、纵波的变化特征反映出月球内部存在液态核的部分，区分出月幔的下界；月幔中几个地震波波速变化的位置（约270公里、500公里深度）也将月幔分成上中下的不同部分，例如嫦娥四号新闻中提到的月球“上地幔”，就是大约270公里深度以上。对月球地震波的具体科研成果有兴趣的朋友可以搜索“Seismic Velocity”与“Lunar Mantle”等有关的学术论文，如Nakamura (1983)等文章。

月球上地震波纵波（P）和横波（S）速度随深度的变化，在月幔区域会明显上升，在一些深度也有速度不连续的地方（来源：https://www.college-de-france.fr/media/barbara-romanowicz/UPL555022322944083599_garcia_nov20_cdf.pdf）

月幔占了月球一半以上的体积，主要由相当于地球上的基性岩和超基性岩组成，物质密度一般超过每立方厘米3.5克，下层可能略微降低。基性、超基性是火成岩分类的化学成分依据，基性（Basic）指二氧化硅含量约为45%~53%（45%<SiO2<53%），而超基性（Ultrabasic）指二氧化硅含量小于45%（SiO2<45%）。

月幔的部分融化导致了月球表面的大理石玄武岩的喷发。对这些玄武岩的分析表明，地幔主要由橄榄石、斜方辉石和单斜辉石组成，月球地幔比地球富含铁。一些月球玄武岩含有高丰度的钛（存在于矿物钛铁矿中），这表明地幔的成分非常不均匀。迄今为止，我们对月幔成分、密度等的研究还非常有限。

月球内部的结构，Crust指月壳，Mantle指月幔（包含上中下区域），Core指月核（来源：学术论文Nakamura (1983)，在线地址（需论文数据库）https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1029/JB088iB01p00677）

月球被认为与太阳系的其他一些类地天体相似，经历过一个岩浆海洋的阶段，星球的物质大部分（甚至是全部）处于熔融状态。随着岩浆海洋的凝固，致密的镁铁质（富含镁和铁）矿物（如橄榄石和低钙辉石）在海洋底部结晶。在四分之三的海洋已经凝固后，较低密度的矿物如斜长石（硅酸铝）漂浮到海面上，从而形成了主要由富钙斜长石组成的高地地壳。在海洋凝固的末期，富含最后进入固相的几种元素的矿物质在地壳下结晶。因此，这一过程导致了月球内部的径向分层——一系列不同成分的层。

留言区·精选

@赵赵孟晨

利用嫦娥四号探测数据，证明了月球背面南极-艾特肯盆地存在以橄榄石和低钙辉石为主的深部物质。证实了月幔富含橄榄石的推论的正确性。

@Pluto初心 月球跟地球一样，也可以分成月壳，月幔和月核等层次。 月壳厚约60-65千米，它最上部的1000-2000米主要是月壤和岩石碎块。
感谢大家的支持，我们下期再见！