嫦娥五号月壤中首次发现碱性岩屑|邱梦凡等-Icarus:

月球表面覆盖着一层由胶结物、岩石碎片、角砾岩、矿物碎屑、玻璃质物质、陨石碎片等物质组成的月壤。月壤是月球的“外衣”，更是月球内外动力共同作用形成的月球特产，对揭示月球的内外动力演化具有重要价值和意义。嫦娥五号月壤主要来自风暴洋北部的EM4单元的玄武岩，年龄仅约20亿年，比以往任何月壤都年轻，为揭示月球内外动力演化拓展了时间坐标。遥感探测研究指示嫦娥五号着陆区的外来岩屑的比例可达10−20%，但返回样品的研究结果显示嫦娥五号月壤主要由本地月海玄武岩组成，极少有外来物质（非月海），仅发现七颗镁质岩套和一颗铁陨石碎片。嫦娥五号月壤中是否存在其他非月海物质？如何发现这些非月海物质？是一个非常有挑战和有价值的课题。

中国科学院地质与地球物理研究所硕士研究生邱梦凡、胡森研究员、南京大学惠鹤九教授，以及我所月球样品研究团队，对嫦娥五号月壤中的非月海物质进行了系统的识别和表征。他们借助显微CT对一份月壤（CE5C0600YJFM00305，2g）进行了三维扫描和识别，发现一颗约0.9 × 1.2 mm²的疑似的非月海岩屑（CE5C06#3,G9；图1）。他们后续挑选出了这颗岩屑，并进行了包埋制靶，对这颗岩屑进行了更为详细的岩相、矿物化学、高压相、Pb-Pb定年和同位素分析，旨在揭示其形成过程和演化历史。

他们发现CE5C06#3,G9的岩相特征（图2）与月海玄武岩形成鲜明对比。CE5C06#3,G9主要由斜长石（46.5%），异变辉石（30.9%），富钾和富硅的颗粒间填隙物（17.0%），钾长石（4.12%）和二氧化硅（0.87%）组成，还含有少量的钛铁矿（0.38%）、陨磷钙钠石（0.19%）、磷灰石（0.04%）、陨硫铁（0.04%）和斜锆石。根据斜长石An#（Ca/(Ca+Na+K)，atom %）与辉石Mg#（Mg/(Mg+Fe)，atom %）的分类标准（图3），CE5C06#3,G9属于稀少的月球碱性岩（Highlands Alkali Suite, HAS），这也是首次在嫦娥五号月壤中发现来自高地的碱性岩屑。

他们对这颗碱性岩屑进行了斜锆石的铅-铅（Pb-Pb）定年分析，获得年龄为3913±7Ma（图4），这一年龄显著年轻于此前报道的Apollo任务中碱性岩屑和镁质岩套的结晶年龄 (约4.3Ga)。目前还很难区分这一年龄究竟是结晶年龄还是冲击年龄。这一年龄可能有两种解释：（1）代表这颗碱性岩屑的结晶年龄，说明月球侵入型岩浆活动在3.9 Ga前仍然相当活跃；（2）代表冲击事件的年龄，与雨海盆地的形式时间相当。

他们发现CE5C06#3,G9这颗碱性岩屑在月球上经历过强烈的冲击变质。该岩屑虽然未发现冲击熔脉和熔融囊，但所有二氧化硅相都发生了相变，转变为赛石英、斯石英和击变玻璃（图5），斜长石转变成熔长石，钾长石转变为玻璃（图5）。他们估算这颗碱性岩屑经历了10-53 GPa的峰值压力和约1800 K峰值温度的冲击事件。在CE5月海玄武岩的形成之后（约20亿年），另一次较弱的撞击事件把这颗岩屑搬运到CE5月壤的采样点，并被采集返回地球。