北京
▲月球演化早期外源撞击体为月球内部投送了丰富的水（视频由AI生成）
月球，这个曾长期被认为极度干燥的星球，近20年来已经被证明内部含有一定量的水。然而，这些月球水的来源究竟是月球诞生时与生俱来的“内生水”，还是后期天体撞击带来的“外源水”？这成为了当今行星科学研究中一个备受争议的谜题。
近期，中国科学院广州地球化学研究所等科研团队，通过对一颗古老月球锆石的深度剖析，揭开了早期月球内部水源的神秘面纱，为“外源撞击”送水机制提供了关键证据。
▲图片由AI生成
01
锁定月球“时间胶囊”
在以往关于月球水来源的研究中，科学家们多依赖于磷灰石、火山玻璃和熔体包裹体等物质。但是，这些载体极易受到后期太阳风注入、宇宙射线散裂或地球环境蚀变等过程的改造，导致科学家难以准确追溯最原始的水源信息。
相比之下，锆石凭借其卓越的物理化学稳定性，能够有效抵抗后期的种种扰动，成为保存原始岩浆水信息的理想“时间胶囊”。
研究团队利用二次离子质谱仪（SIMS），将目光锁定在了月球陨石NWA10049中一颗极其珍贵、形成于距今43.8亿年前（4.38Ga）的锆石上，对其进行了水含量、氢同位素、氧同位素及微量元素的全方位综合分析。
02
揪出月球水“真凶”
这颗月球锆石在显微结构和地球化学特征上，呈现出非常显著的“核-边分带性”。其中，核部晶体形态相对完整，微量元素含量较高，具有相对均一的水含量（735至1164ppm）和极高的氢同位素组成（δD为+1320‰至+1882‰）；边部显微结构复杂，微量元素含量比核部更低，展现出明显的水含量（879至4268ppm）与δD（+1879‰至+250‰）负相关趋势。
▲NWA10049锆石的岩石学特征
这些异常极端的氢同位素值，究竟是仪器误差、陆地混染，还是太空风化所致？团队通过大量对比分析发现，锆石中水的同位素信号，与同一样品中橄榄石、辉石等易受后期改造矿物的水同位素信号存在显著差异，从而确切排除了陆地混染、太空风化等所有次生干扰因素。
研究证明，这种特殊的化学组成和同位素特征，无法用常规的岩浆去气模型解释。团队推断，这颗锆石核部与边部的巨大差异反映了一个两阶段的“岩浆混合过程”。其异常的氢同位素和水含量特征，正是外源天体撞击对月球内部水显著贡献的关键铁证。
03
还原“送水”大撞击
研究团队根据该锆石所获得的数据，成功还原了一个天体撞击诱发月球内部不均一岩浆系统的动力学演化模型：月球内部原本是一片相对较“干”的“岩浆洋”，一个富含水且带有特殊“水指纹”（不均一氢同位素组成）的外来天体撞击进入这片岩浆，随后两者发生了强烈的混合交融。该混合过程可划分为两个阶段。
第一阶段，初始混合与核部结晶。贫水的月球内生岩浆与具有高δD特征的外源撞击熔体发生初始混合，形成具有高δD同位素特征的富水混合岩浆，经过进一步分异演化后锆石核部结晶。
第二阶段，局部再混合与边部生长。第一阶段结晶的锆石核随着岩浆对流的进行，进入了性质不同的、更富水且δD相对较低（如球粒陨石端元）的外源岩浆组分之中，进一步生长形成了锆石的边部。
这一重大发现为月球早期（约4.38Ga之前）受到富含重氢的外源物质（如彗星或富水小行星）的实质性贡献，提供了可靠的微观证据，清晰地揭示了大型撞击事件是早期月球获取外源水的重要输送机制。
研究对理解地月系统早期的物质增生历史，乃至探寻地球自身水的神秘起源，都具有重要的指示意义，也凸显了锆石水分析在未来行星科学和深空探测研究中的广阔应用前景。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.119952
作者：王勇 夏小平 徐健
来源：中国科学院广州地球化学研究所
责任编辑：曹旸
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