月球岩石形成的发现解决了月球地质学的重大难题

图为 1972 年 NASA 执行阿波罗 17 号任务期间，宇航员兼地质学家 Harrison H. Schmitt 站在一块巨大的月球巨石旁。这项研究中的科学家们使用了来自这次阿波罗任务的岩石样本。资料来源：NASA/Gene Cernan

利用熔岩进行的高温实验室实验与对月球样本进行的精密同位素分析相结合，确定了控制其成分的关键反应。

图片显示的是阿波罗 17 号任务中的月球岩石（被称为高钛玄武岩）样本，与本研究中分析的样本类似。资料来源：美国国家航空航天局

核心反应

这种反应发生在大约 35 亿年前的月球内部深处，涉及岩浆中的铁（Fe）元素与周围岩石中的镁（Mg）元素的交换，改变了熔体的化学和物理特性。

共同第一作者、布里斯托尔大学地球科学教授蒂姆-埃利奥特（Tim Elliott）说："火山月岩的起源是一个引人入胜的故事，它涉及原始岩浆海洋冷却时产生的不稳定的行星级晶体堆的'雪崩'。

"制约这段史诗般的历史的核心是存在月球独有的岩浆类型，但解释这种岩浆如何到达月球表面并被太空任务采样一直是个棘手的问题。能解决这个难题真是太好了"。

图片显示的是美国国家航空航天局克莱门汀号航天器获得的月球表面钛丰度图。与陆地岩石相比，红色部分表示极高的浓度。图片来源：月球与行星研究所

了解高钛玄武岩

早在 20 世纪 60 年代和 70 年代，美国国家航空航天局的阿波罗任务就成功地从月球地壳中取回了凝固的古老熔岩样本，自此人们就知道月球表面部分地区钛（Ti）元素的浓度出奇地高。最近的轨道卫星测绘显示，这些被称为"高钛玄武岩"的岩浆在月球上广泛存在。

"到目前为止，模型还无法再现符合高钛玄武岩基本化学和物理特征的岩浆成分。"共同第一作者、明斯特大学矿物学研究所研究员 Martijn Klaver 博士补充说："事实证明，要解释它们的低密度尤其困难，因为这种低密度使它们能够在大约 35 亿年前喷发。"

该研究实验的电子显微镜图像。熔体（棕色）与周围的晶体（绿色）发生反应，导致含铁量较低的熔体。资料来源：布里斯托尔大学/明斯特大学

由英国布里斯托尔大学和德国明斯特大学领导的国际科学家小组利用高温实验成功地在实验室中模拟了高钛玄武岩的生成过程。对高钛玄武岩的测量还发现了一种独特的同位素组成，为实验所再现的反应提供了指纹。

这两项结果都清楚地表明，熔固反应是理解这些独特岩浆形成的不可或缺的因素。