月球“晚年”为何还有火山喷发？中国科学家提出新解释

月球形成于约45亿年以前，它的质量只有地球的1/81，对于如此小的天体来讲，理论上它应该快速冷却而早早地停止火山活动。

一直以来，科学家也普遍认为月球在30亿年前就已“休眠”，火山活动基本停止。然而，我国嫦娥五号和六号任务分别带回了20亿年和28亿年前形成的玄武岩样品，证实月球在“晚年”依然有火山喷发。

这引出了一个关键科学问题：是什么热动力机制支撑着月球在“晚年”仍保持活力？

针对这一谜题，中国科学院广州地球化学研究所副研究员汪程远与中国科学院院士徐义刚团队，联合香港大学博士钱煜奇等，对嫦娥六号月球样品开展了系统性研究，成功揭示了月球年轻火山活动的源区特征与热驱动机制。相关成果于北京时间8月23日凌晨2点发表于国际学术期刊《科学进展》（Science Advances）。

月球晚期火山活动想象图 图源中国科学院广州地球化学研究所

研究团队在嫦娥六号样品中识别出两类形成于约28亿年前和29亿年前的玄武岩。它们的成分和来源深度都不同，一类是源自月幔深处（超过120公里）的“超低钛玄武岩”，另一类是来自较浅的月幔（60公里–80公里）的“低钛玄武岩”。

通过模拟月球内部的高温高压环境，研究人员发现，这两类岩石来自月球早期岩浆海洋冷却后形成的两种不同岩层：普通的辉石岩层和含钛铁矿的辉石岩层（IBC）。

那为什么月球“晚年”还有火山喷发？

以前的传统观点分两派，一派认为月球某些部分富含水，降低了岩层的熔点；另一派则认为月球某处有放射性生热元素（KREEP）在持续发热。

嫦娥五号、六号带回的样品驳斥了这两种观点：样品岩石的源区既“干燥”，又缺乏放射性生热元素。

嫦娥六号着陆区地质图 图源央视网

基于对嫦娥六号两类玄武岩的对比，研究团队提出了一个新的热动力机制：月球冷却过程中，外层的岩石圈越来越厚，深部岩浆喷不出来，就被“卡”在浅层月幔的底部。这些被堵住的岩浆像个慢炖锅，持续向上导热，把浅部月幔给烤熔了，最终导致火山喷发。

为进一步验证该模型，研究团队还去核对了全月球遥感数据，发现果然如此：距今30亿年前月球火山喷发原因五花八门，有放射性加热、有潮汐力、还有陨石撞击；但距今30亿年后就变得很单一，基本全靠这种自下而上的“慢炖锅式”热传输机制，使得年轻月球火山活动的源区集中在浅部月幔。

月球火山活动热动力机制 图源央视网

团队还有个有趣的发现：月球的正面和背面不太一样。正面晚期火山岩化学成分更像嫦娥五号采的样品，背面则更像嫦娥六号的超低钛玄武岩。这表明月球正面和背面的月幔组成可能存在差异：正面月幔浅部含钛铁矿较多，而背面则相对较少。这一发现为理解月球的不对称演化提供了新线索。

上述研究不仅讲清楚了月球为何“老当益壮”，还为其他没有大气层的小型天体的火山活动提供了新思路。从嫦娥五号到六号，中国探月工程正一步步改写宇宙教科书。

其中，徐义刚院士团队以其创新与严谨，在广州这片热土上书写了属于中国探月工程的科研答卷。而这些动人的科研故事，如今并未止步于实验室。在广州科学家故事展中，徐义刚院士的探索历程与科研精神，正通过丰富的形式与观众见面。

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参考来源

广东科技《月球“晚年”为何还有火山喷发？中国科学家提出新解释》

https://mp.weixin.qq.com/s/BRYA5Wdv4rbhLUNEhRTp3Q

中国科学院院刊《刘嘉麒：月球探测的意义与思考》

https://mp.weixin.qq.com/s/5X1RYk0c9qAZTRULC7qwxA

央视网《科学家揭秘月球“晚年”为何还有火山喷发》

https://mp.weixin.qq.com/s/Jptjdo8pd0UlSC-cBJXKLg

中科院地质地球所《苏斌等-SA：嫦娥五号玄武岩揭秘月球年轻火山成因之谜》

https://mp.weixin.qq.com/s/tOcvFKXfmyHrMu5ZbX-VhA

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