月球“晚年”為何還有火山噴發？中國科學家提出新解釋

月球形成于約45億年以前，它的質量只有地球的1/81，對于如此小的天體來講，理論上它應該快速冷卻而早早地停止火山活動。

一直以來，科學家也普遍認為月球在30億年前就已“休眠”，火山活動基本停止。然而，我國嫦娥五號和六號任務分別帶回了20億年和28億年前形成的玄武巖樣品，證實月球在“晚年”依然有火山噴發。

這引出了一個關鍵科學問題：是什么熱動力機制支撐著月球在“晚年”仍保持活力？

針對這一謎題，中國科學院廣州地球化學研究所副研究員汪程遠與中國科學院院士徐義剛團隊，聯合香港大學博士錢煜奇等，對嫦娥六號月球樣品開展了系統性研究，成功揭示了月球年輕火山活動的源區特征與熱驅動機制。相關成果于北京時間8月23日凌晨2點發表于國際學術期刊《科學進展》（Science Advances）。

月球晚期火山活動想象圖 圖源中國科學院廣州地球化學研究所

研究團隊在嫦娥六號樣品中識別出兩類形成于約28億年前和29億年前的玄武巖。它們的成分和來源深度都不同，一類是源自月幔深處（超過120公里）的“超低鈦玄武巖”，另一類是來自較淺的月幔（60公里–80公里）的“低鈦玄武巖”。

通過模擬月球內部的高溫高壓環境，研究人員發現，這兩類巖石來自月球早期巖漿海洋冷卻后形成的兩種不同巖層：普通的輝石巖層和含鈦鐵礦的輝石巖層（IBC）。

那為什么月球“晚年”還有火山噴發？

以前的傳統觀點分兩派，一派認為月球某些部分富含水，降低了巖層的熔點；另一派則認為月球某處有放射性生熱元素（KREEP）在持續發熱。

嫦娥五號、六號帶回的樣品駁斥了這兩種觀點：樣品巖石的源區既“干燥”，又缺乏放射性生熱元素。

嫦娥六號著陸區地質圖 圖源央視網

基于對嫦娥六號兩類玄武巖的對比，研究團隊提出了一個新的熱動力機制：月球冷卻過程中，外層的巖石圈越來越厚，深部巖漿噴不出來，就被“卡”在淺層月幔的底部。這些被堵住的巖漿像個慢燉鍋，持續向上導熱，把淺部月幔給烤熔了，最終導致火山噴發。

為進一步驗證該模型，研究團隊還去核對了全月球遙感數據，發現果然如此：距今30億年前月球火山噴發原因五花八門，有放射性加熱、有潮汐力、還有隕石撞擊；但距今30億年后就變得很單一，基本全靠這種自下而上的“慢燉鍋式”熱傳輸機制，使得年輕月球火山活動的源區集中在淺部月幔。

月球火山活動熱動力機制 圖源央視網

團隊還有個有趣的發現：月球的正面和背面不太一樣。正面晚期火山巖化學成分更像嫦娥五號采的樣品，背面則更像嫦娥六號的超低鈦玄武巖。這表明月球正面和背面的月幔組成可能存在差異：正面月幔淺部含鈦鐵礦較多，而背面則相對較少。這一發現為理解月球的不對稱演化提供了新線索。

上述研究不僅講清楚了月球為何“老當益壯”，還為其他沒有大氣層的小型天體的火山活動提供了新思路。從嫦娥五號到六號，中國探月工程正一步步改寫宇宙教科書。

其中，徐義剛院士團隊以其創新與嚴謹，在廣州這片熱土上書寫了屬于中國探月工程的科研答卷。而這些動人的科研故事，如今并未止步于實驗室。在廣州科學家故事展中，徐義剛院士的探索歷程與科研精神，正通過豐富的形式與觀眾見面。

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參考來源

廣東科技《月球“晚年”為何還有火山噴發？中國科學家提出新解釋》

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

中國科學院院刊《劉嘉麒：月球探測的意義與思考》

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

央視網《科學家揭秘月球“晚年”為何還有火山噴發》

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

中科院地質地球所《蘇斌等-SA：嫦娥五號玄武巖揭秘月球年輕火山成因之謎》

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

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