中国科学院地质与地球物理研究所副研究员田恒次与合作者对嫦娥五号玄武岩开展了火山喷发规模研究，发现在距今约20亿年的月球晚期仍有大规模岩浆喷发。通过与月球早期岩浆喷发规模对比分析，结果表明尽管月球火山活动总体随着时间的推移而逐渐变弱，但其喷发强度呈现间歇性凸起的现象，这一结果有助于进一步了解月球的热演化历史。相关研究近日发表于《自然—通讯》。
流淌的岩浆 受访者供图
2020年底，嫦娥五号任务返回迄今为止最年轻的月球玄武岩，中国科学家通过月壤样本证明月球在距今约20亿年前仍喷发过滚烫的岩浆，使已知的月球地质寿命延长了8亿至9亿年。“我们此项研究进一步回答了月球晚期到底有多少岩浆喷出来。”论文第一兼通讯作者田恒次对《中国科学报》说。
如何通过微量的岩石样本确定一次月球岩浆喷发的规模呢？田恒次解释说，了解玄武岩的形成年龄、地球化学特征及背后的冷却速率极为关键。
研究者在前期工作基础上发现，嫦娥五号玄武岩很可能是同一期火山喷发产物，来源比较单一，这为恢复玄武岩熔岩流的厚度及其喷发规模提供了绝佳的机会。
“就像吃灌汤包，最表层的包子皮已经凉了，但里面的汤汁仍特别烫。岩浆表面冷却速率最快，逐渐向内部其冷却速率也会递减。”田恒次解释说，通过分析岩石矿物中的某些特征元素的变化来推断岩浆冷却的时间以及冷却速率，根据冷却速率就可以推断出熔岩流的厚度，进而确定喷发规模。
他们对其中21颗橄榄石颗粒分析表明大多橄榄石颗粒冷却时间较短，小于一年；在此基础上，借助热力学模型，他们估算出玄武岩喷发的厚度大概是10~30米，这个结果与遥感探测手段得到的结果较为一致。
研究团队还将此次研究结果放在月球45亿年的火山喷发尺度上进行了整体对比，发现尽管月球火山活动强度从早期到晚期呈现逐渐变弱趋势，但其喷发规模呈现间歇性凸起的现象，到了晚期火山喷发依然比较强，这一结果对约束月球的热演化历史提供了关键参数。
一直以来科学家主要利用撞击坑挖掘深度法、月表探地雷达以及重力场与地震波方法等手段对月海玄武岩的厚度、火山活动的体积随时间的变化等进行定量化计算。“这项研究则是对样品的直接研究，并且更重要的是将扩散年代学方法与热力学模型相结合来获得熔岩流厚度，是一个非常新颖的研究思路。”一位国际审稿人评价说。
不过，研究者表示，本次研究发现的月球晚期仍有大规模火山喷发的具体原因仍不清楚。下一步将与其它团队合作，建立着陆区的热演化模型，尽可能回答这一问题。
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41467-023-39418-0
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