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科普時報訊(記者陸成寬)10月22日,我國科學家根據對嫦娥五號月壤的研究提出了新的月球熱演化模型,成功揭開“為何月球在距今20億年前依然有火山活動”這一長期困擾學術界的謎團。相關成果日前在線發表在《科學進展》雜志上。
月球形成于約45億年前,質量只有地球的1%左右,理論上它應該快速冷卻,很早就停止火山活動成為“死亡”星球。
“去年10月,我國科學家對嫦娥五號玄武巖的研究卻發現,月球火山活動一直持續到20億年前。”中國科學院地質與地球物理研究所研究員陳意告訴記者,這不僅刷新了人類對月球巖漿活動和熱演化歷史的認知,也提出了新的科學問題:月球火山活動為什么持續如此之久?
月球玄武巖是月幔部分熔融形成的巖漿,經火山噴發后來到月球表面冷卻結晶形成的巖石。對于持續冷卻的月幔發生部分熔融這一怪事,國際學術界一般有兩種可能的解釋:一種認為,放射性元素生熱導致月幔升溫;另一種觀點認為,加水降低月幔熔點。
我國科學家對嫦娥五號玄武巖的研究揭示,月幔源區并不富含放射性生熱元素,且非常“干”。“這就意味著,以前提出的兩種假設都不可能造成持續冷卻的月幔發生部分熔融。”陳意說。
那么,月球火山活動為什么持續如此之久呢?
為此,陳意率領科研團隊選取了27顆具有代表性的嫦娥五號玄武巖巖屑,采用最新研發的掃描電鏡能譜定量掃描技術分析巖屑的全巖主要成分,成功恢復了嫦娥五號玄武巖的初始巖漿成分,并與阿波羅樣品的初始巖漿進行對比,推算出它們的起源深度和溫度。
研究發現,嫦娥五號玄武巖的初始巖漿含有更多的鈣和鈦,表明嫦娥五號玄武巖的月幔源區有更多的富鈣富鈦物質的加入。這部分物質恰恰是月球巖漿洋晚期結晶的產物,且具有易熔的特性,它的加入會顯著降低月幔的熔點,誘發月幔部分熔融形成年輕的月球玄武巖。進一步的模擬計算結果顯示,月球內部經歷十幾億年的持續冷卻,溫度僅僅降低了約80攝氏度。
陳意說,該項研究表明盡管月球內部在持續緩慢冷卻,但隨著月球巖漿洋晚期結晶的易熔組分不斷加入到深部月幔,不僅為月幔“補鈣補鈦”,還降低了月幔的熔點,從而克服了月球內部緩慢冷卻的環境影響,引發長期持續的月球火山作用。
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