嫦娥六号月球样品揭示：远古巨型撞击重塑了月球内部

为探究这一问题，中国科学院地质与地球物理研究所田恒次教授带领的团队分析了嫦娥六号（CE6）带回的月球玄武岩样本。这些岩石来自月球南极-艾特肯（SPA）盆地，这是月球上已知最大、最古老的撞击盆地。这些样本之所以引人注目，是因为它们的钾（K）同位素组成比阿波罗任务采集或月球陨石中发现的任何月球玄武岩都要重。

为何钾是远古撞击的线索？钾被认为是中度挥发性元素，意味着在极端高温下会部分蒸发。在巨大撞击过程中，温度飙升，使钾汽化并导致其同位素分离。这一过程留下的化学记录可以揭示撞击的强度、撞击时的条件，以及碰撞如何改变月球地壳和地幔中的物质。

基于此，研究人员重点测量了嫦娥六号样本中钾的同位素组成。

巨型碰撞的化学证据：研究结果发表在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，将这种异常的钾特征直接与形成SPA盆地的巨大撞击联系起来。

团队采用高精度技术，使用蓝宝石碰撞池多接收电感耦合等离子体质谱仪（MC-ICP-MS）测量了四个玄武岩碎片中的钾同位素。所有CE6样本都显示出较高的δ41K值，范围从0.001±0.028‰到0.093±0.014‰（平均值：0.038±0.044‰，2SE）。这一平均值比阿波罗月球玄武岩的测量值（-0.13±0.06‰，2SE）高出约0.16‰，而阿波罗玄武岩被广泛认为是月球地幔和硅酸盐月球整体的代表。

排除其他解释：为确定导致重钾同位素富集的原因，研究人员考察了三个可能因素：长期暴露于宇宙射线、岩浆演化过程中的变化以及陨石污染。结果发现，这些过程的影响都极小，完全在测量误差范围内，均无法解释样本中观察到的化学变化。

对月球火山活动的持久影响：分析反而指出，在形成SPA盆地的撞击过程中，挥发性元素发生了大规模流失，尤其是钾的蒸发。这种损耗可能减少了月球远侧的岩浆生成，有助于解释为何月球近侧的火山活动长期以来比远侧更为广泛。

计算机模拟支持了这一解释。模拟显示，撞击不仅深入月球地壳，可能还触及地幔，并且释放了足够的热量以驱动月球内部的对流。

对月球及更广泛领域的意义：这些发现共同表明，形成南极-艾特肯盆地的撞击深刻改变了月球表面以下的深层结构。更广泛地说，这项研究强调了巨大撞击如何塑造整个太阳系中岩石行星和卫星的内部化学组成与演化。

该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会等的支持。