月壤研究新进展，“同位素指纹”解码撞击事件如何改造月球

透过嫦娥六号毫克级玄武岩颗粒中钾同位素的微小变化，我国科研团队“看”到了月球南极-艾特肯盆地(SPA盆地)撞击事件对深部月幔的改造。该发现为理解巨型撞击作用如何重塑月球内部的物质演化，乃至解释月表二分性的成因，提供了关键线索。1月13日，相关研究成果在《美国国家科学院院刊》发表。

SPA盆地形成事件如何塑造月球地壳和地幔结构，并最终导致撞击过程中挥发分的丢失(示意图)

对于中国科学院地质与地球物理研究所研究员田恒次来说，月壤样品是他近5年来最熟悉的研究对象。“嫦娥六号将月壤样品带回地球后，我们就考虑利用同位素的手段，对其记录的撞击事件展开研究。”田恒次说。月球表面密布着大大小小的撞击坑，这些来自小行星撞击的产物，不仅塑造了月表的形貌，也显著改变了其化学组成。其中，SPA盆地对应着月球历史上最大的一次撞击事件。他希望通过对月壤样品的高精度同位素分析，解读这次撞击事件对月球深部地质演化过程的影响。

不过，相比于嫦娥五号样品，嫦娥六号样品的成分更为复杂。“嫦娥六号月壤的粉末粒径更细，其中不仅有大量的胶结物和高地岩石，光是玄武岩就有3种类型。”田恒次说，从中准确挑选出研究所需的玄武岩，是第一道难关。

研究团队在实验室内开展工作

科研人员利用高分辨率微米CT，对候选颗粒进行内部结构“透视”，最终确认并筛选出所需的低钛玄武岩样本。为确保毫克级样品同位素数据的一次性获取成功率，他们进行了长达4个月的“模拟考”，并在演练完成后随即对关键的“同位素指纹”——钾同位素展开分析。钾是一种中等挥发性元素，其同位素在理论上能记录撞击过程的关键痕迹。

研究结果显示，与来自月球正面的阿波罗样品相比，嫦娥六号玄武岩样品的钾同位素更重。经过对可能影响钾同位素的过程的逐一甄别，造成这一现象的原因得到确认：SPA盆地的撞击作用，造成钾元素丢失和同位素比值升高。据此推断，样品中其余比钾更容易挥发的元素，大概率也存在显著丢失，这可能造成背面月幔岩石更加难熔，进而减少火山活动。田恒次表示，这或许是月球正背面火山活动存在显著差异的原因之一。

接下来，田恒次还计划继续在其他元素的同位素体系中寻找同样的撞击信号，以交叉验证这一发现。“这个发现带来了新问题，比如，原始物质是在何时丢失了挥发分？这种丢失持续了多长时间，又是什么形式丢失的？”他期待通过更精确的数值模拟，还原撞击过程，进一步揭示月球演化的奥秘。