我國科學家在嫦娥五號月壤中發現鐵橄欖石分解成因單質金屬鐵

IT之家 3 月 5 日訊息，據中國科學院網站，2020 年 12 月 17 日，我國嫦娥五號探測器採集到位於風暴洋北部（43.06°N、51.92°W）的月球樣品並返回地球。同位素年代學的分析結果已證明了嫦娥五號樣品具有當前已知最年輕的玄武岩年齡（~ 20 億年），且結合前期研究結果可知，嫦娥五號取樣區表面月壤的形成年齡和空間暴露歷史遠小於 Apollo 月壤。因此，嫦娥五號樣品可能保留了月壤形成與演化初期階段單質金屬鐵形成機制的相關資訊。

在以上思路的指引下，並結合前期隕石學研究成果，中國科學院地球化學研究所李陽研究團隊開展了嫦娥五號鏟取月壤粉末樣品中富鐵橄欖石原位微區電子學分析工作。實驗結果表明，嫦娥五號月壤樣品中鐵橄欖石顆粒的邊緣普遍具有含氣孔奈米金屬鐵、無定形富矽組分及富鎂層共存的特徵（圖 1），熱力學計算與電子損失能量譜（EELS）分析顯示奈米金屬鐵內部的奈米級囊泡或由 O₂ 和 SiO 氣體形成（圖 2）。

圖 1.嫦娥五號月壤鐵橄欖石顆粒最表層環帶的成分特徵，主要由含氣孔奈米金屬鐵（v-npFe0）、富鎂層（Mg-layer）及富矽組分（Si）組成 | 圖源：中國科學院網站

▲ 圖 2.含氣孔單質金屬鐵的電子能量損失譜（EELS）線掃描和透射電鏡能譜儀（EDS）面掃描結果 | 圖源：中國科學院網站

基於上述分析結果，研究確定了月壤中鐵橄欖石分解形成奈米金屬鐵的形成機制與相關產物。鐵橄欖石表層熔融層和蒸發沉積層的缺失指示了分解反應在亞固相的條件下發生，該反應發生的熱源可能來自礦物破碎過程中的摩擦作用或低速的微隕石轟擊產生的區域性熱效應。由鐵橄欖石分解在月壤顆粒表面產生的奈米金屬鐵通常具有中等的粒徑範圍（10-35 nm），該粒徑的奈米金屬鐵對光譜的改造效應不同於蒸發沉積作用形成的極細粒奈米金屬鐵（~3 nm），月球表面由鎂鐵矽酸鹽分解產生的奈米金屬對月壤光譜改造的貢獻需要進一步考慮。

該研究證實了月壤中單質金屬鐵新的成因機制，為嫦娥五號著陸區月壤形成與演化過程研究提供了參考依據，併為後續月球、小行星等返回樣品分析提出了新思路。IT之家瞭解到，相關研究成果發表在 Geophysical Research Letters 上。