月球岩浆活动历史

摘要

月球岩浆活动是内部热状态及演化历史的直接反映,是认识月球地质及热历史的主要窗口.同其他四个类地行星相比,月球因为其体积小、密度低,从而成为研究具有圈层结构的分异天体的热历史的一个端元例证,所以对月球岩浆作用的研究也可以加深对地球早期岩浆活动热热历史的认知,具有十分重要的科学意义.美国科学院国家研究委员会(National Research Council)确定的月球探测科学目标中,明确指出"月球火山作用是了解月球热和成分演化的窗口",并把研究月球玄武岩的多样性和成因、确定最老和最年轻的火山作用、岩浆产率在时间和空间上的变化等列为优先考虑的研究任务.对月球玄武岩样品的同位素定年显示，月球岩浆作用活动于~3.9Ga到3.1Ga之间。而在Apollo14角砾岩中发现的玄武质碎屑岩显示月球岩浆活动可能开始于距今4.2-4.3Ga，而一些遥感数据也支持了更老岩浆活动的论点，本文利用"玉兔"月球车搭载的全景相机和探月雷达获取的月面就位探测数据，对雨海北部的岩浆活动的表面形貌、岩石类型及次表层结果进行了研究。本文发现，嫦娥三号着陆区初露了大量被撞击挖掘出来的玄武岩岩石，其中距离玉兔行走路线最近的"龙岩"长约4m，高约1.5m，表面显示粗粒结构，可能是由粗粒的斜长石和/或辉石、橄榄石等矿物（集合体）构成，与地球上的辉长岩较为相似，而显著不同于阿波罗计划采集到的月海玄武岩样品。而次表层结构（深度达400m）反演显示，雨海北部区域经历了从雨海纪到爱拉托逊纪的多次岩浆活动，并且在深部140-240m处，发现了大量疑似火山碎屑岩填充层，说明月球内部挥发分可能是大量的。近年来新获得的月球探测数据，揭示出月球岩浆活动的期次、成分充填模式、岩浆来源都异常复杂，需要重新思考月球的火山地质与热演化历史。月球岩浆活动历史，也应该是未来月球轨道环绕、月面就位/巡视及采样返回探测的关注重点。