火山的惊喜:科学家在月球上发现了最近活动的迹象

诸平

Meteorite impacts and volcanic eruption producing glass beads on the Moon. Credit: Illustration by T. Zhang & Y. Wang

据《科技日报》（SciTechDaily）网站2024年9月16日刊发来自中国科学院（Chinese Academy of Sciences）提供的消息，科学家在月球上发现了火山最近活动的迹象（Volcanic Surprise: Scientists Discover Signs of Recent Activity on the Moon）。最近的研究利用嫦娥五号（Chang’e-5）带回的月球土壤样本，发现了火山玻璃珠（volcanic glass beads），这表明月球上的火山活动在1.23亿年前就已经存在了。

这一发现在放射性同位素测年法的支持下，代表了月球上最年轻的火山活动记录，挑战了之前关于月球地质活动的假设，并为月球的热历史（Moon’s thermal history）提供了新的见解。

发现最年轻的月球火山活动（Discovery of Youngest Lunar Volcanism）

在月球上可以找到大量关于古代火山活动的地质证据，但这种火山活动持续了多长时间还不清楚。然而，中国科学院地质与地球物理研究所{Institute of Geology and Geophysics of the Chinese Academy of Sciences (IGGCAS)}李秋立（Qiuli Li）教授的实验室，最近从嫦娥五号任务收集的月球土壤样本中发现了3颗火山玻璃珠。他们的研究表明，这些珠子形成于1.23±0.15亿年前(123±15 million years ago简称123±15 Ma)，因此代表了迄今为止由放射性同位素定年证实的最年轻的月球火山活动。这项研究发表在2024年9月5日的《科学》（Science）杂志上。原文详见：Bi-Wen Wang, Qian W. L. Zhang, Yi Chen, Wenhao Zhao, Yu Liu, Guo-Qiang Tang, Hong-Xia Ma, Bin Su, Hejiu Hui, John W. Delano, Fu-Yuan Wu, Xian-Hua Li, Yuyang He, Qiu-Li Li. Returned samples indicate volcanism on the Moon 120 million years ago. Science, 2024, 385(6713): 1077-1080. DOI: 10.1126/science.adk6635. Epub 5 September 2024.

参与此项研究的有来自中国科学院地质与地球物理研究所（Institute of Geology and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China）、中国科学院大学（University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China）、中国南京大学（Nanjing University, Nanjing, China）以及美国纽约州立大学奥尔巴尼分校（State University of New York, Albany, NY, USA）的研究人员。

放射性测年法揭示了最近的活动（Radiometric Dating Reveals Recent Activity）

对阿波罗（Apollo）和月球任务带回地球的月球火山玄武岩样本（lunar volcanic basalt samples）或作为月球陨石（lunar meteorites）送到地球的样本进行的年代测定表明，月球玄武岩火山活动至少持续到29-28亿年前(2.9–2.8 billion years ago简称2.9-2.8 Ga)。然而，对中国嫦娥五号任务带回的月球样本的分析表明，玄武岩火山活动至少持续到20亿年前（2.0 Ga）。

遥感观测表明，在哥白尼时代晚期(late Copernican era <0.8 Ga)，月球上可能存在更年轻的火山活动。然而，这些远程观测都没有提供潜在火山活动的精确日期。此外，提出的哥白尼时代晚期海玄武岩挤压只覆盖了有限的区域，没有可用的样品。

玻璃珠作为火山活动的证据（Glass Beads as Evidence of Volcanic Activity）

富含气体的岩浆喷发可以产生岩浆喷泉（magma fountains），产生亚毫米级的玻璃珠（submillimeter glass beads）。这些珠子可能会沉积在广阔的区域，随后通过撞击在月球表面进一步传播。火山玻璃可能是现有样品中的微量成分。

在李秋立教授、何雨旸（Yuyang He）教授的指导下，研究生王碧文（Biwen Wang音译）和博士后张茜（Qian Zhang音译）对月球土壤样品中的约3000颗玻璃珠进行了研究，根据它们的质地、主要元素和微量元素组成以及原位硫同位素分析，鉴定出了3颗火山玻璃珠。

3颗火山玻璃微珠的δ(³⁴S)值与冲击玻璃微珠有明显差异，为火山玻璃与冲击玻璃的区分提供了依据。3颗火山玻璃珠的铀铅测年（Uranium-lead dating）表明它们形成于1.23±0.15亿年前(123±15 Ma)。

这些发现对月球热史的意义（Implications of the Findings for Lunar Thermal History）

嫦娥五号3颗火山玻璃珠的放射性同位素定年为月球上1.2亿年前的火山活动提供了确凿的证据。如此年轻的月球火山活动的存在意味着，像月球这样的小天体，可以保持足够的热量来维持内部的活力，直到非常晚的阶段。这些结果为月球深部热历史的地球物理模型提供了额外的约束。有关这项研究的更多信息，请参阅“微小的玻璃珠揭示月球上意想不到的火山活动”（Tiny Glass Beads Reveal Unexpected Volcanic Activity on the Moon）。

这项研究是与南京大学（Nanjing University）和美国纽约州立大学奥尔巴尼分校（State University of New York at Albany）合作进行的。本研究使用的样本由中国国家航天局（China National Space Administration）提供。

本研究得到中国国家自然科学基金（National Natural Science Foundation of China）、中国科学院（Chinese Academy of Sciences）、中国科学院地质与地球物理研究所（Institute of Geology and Geophysics of the Chinese Academy of Sciences）、中国博士后基金（China National Postdoctoral Foundation）的资助。.

上述介绍，仅供参考。欲了解更多信息，敬请注意浏览原文或者相关报道。

Abstract

There is extensive geologic evidence of ancient volcanic activity on the Moon, but it is unclear how long that volcanism persisted. Magma fountains produce volcanic glasses, which have previously been found in samples of the Moon's surface. We investigated ~3000 glass beads in lunar soil samples collected by the Chang'e-5 mission and identified three as having a volcanic origin on the basis of their textures, chemical compositions, and sulfur isotopes. Uranium-lead dating of the three volcanic glass beads shows that they formed 123 ± 15 million years ago. We measured high abundances of rare earth elements and thorium in these volcanic glass beads, which could indicate that such recent volcanism was related to local enrichment of heat-generating elements in the mantle sources of the magma.