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一项最新研究表明 ， 美国航空航天局（NASA）阿波罗计划所采集的火山岩样本中保留了月球早期演化史上关键地质事件留下的同位素特征 。 这些事件包括月球铁核的形成以及月球岩浆海洋的结晶——科学家认为 ， 月球形成后被熔岩海洋覆盖了大约1亿年 。
《科学进展》杂志日前刊发的这项研究使用了一种被称为“二次离子质谱”（SIMS）的技术来分析阿波罗15号和17号任务返回的火山玻璃 。 据推测 ， 这些火山玻璃代表着月球部分最原始的火山物质 。 该研究特别关注了硫同位素的组成 ， 因为它可以揭示熔岩在化学演化过程中产生、运输和喷发时的细节 。
论文作者之一、美国布朗大学地质学教授Alberto Saal介绍道：“多年来 ， 月球玄武岩样品的分析结果显示其硫同位素比例的变化似乎非常有限 。 这表明 ， 月球内部硫同位素的组成结构基本相同 。 然而 ， 利用现代原位分析技术（situ analytical techniques）后 ， 我们发现火山玻璃的同位素比例实际上有一个相当大的区间范围 ， 而其变化可以借助月球形成史上的早期地质事件来加以解读 。 ”
较重的“硫-34”同位素与较轻的“硫-32”同位素的比例是分析重点 。 初步研究结果表明 ， 月球火山样本中“硫-34”占比更大 。 硫同位素的比值几乎均匀分布 ， 这与月球岩石样品中其他元素和同位素的巨大差异形成了鲜明对比 。
这项最新研究观察了67个火山玻璃样品及其熔融包裹物——玻璃内部晶体中的微小熔岩团 。 在硫及其他挥发性元素在喷发过程中以气体形式释放（这个过程被称为脱气）前 ， 熔融包裹物就已封存了熔岩 。 因此 ， 它们能够绘制出关于一幅关于原始熔岩源的早期图景 。
Saal教授解释道：“一旦我们掌握了脱气过程 ， 就可以估算出产生这些熔岩源的原始硫同位素的组成结构 。 ”
相关计算结果表明 ， 这些熔岩来自月球内部不同的储层 ， 它们的硫同位素比值相差很大 。
研究人员随后还证明 ， 样本中检测出的数值范围其实可以用月球地质史上的早期事件来进行解释 。 例如 ， 某些火山玻璃中较低的同位素比例与“铁核从早期熔融月球中分离”的假设不谋而合 。 铁核与行星体中的其他物质分离时 ， 会带走一部分硫 ， 而被带走的硫往往是较重的“硫-34”同位素 ， 剩下的岩浆则富含较轻的“硫-32”同位素 。
Saal教授评论道：“我们从部分火山玻璃体中获取的数值完全符合月球核心分离的数据模型 。 ”早期熔融月球的进一步冷却和结晶可以解释较重的同位素值——结晶过程将硫从岩浆池中去除 ， 形成含“硫-34”同位素的固体储层 。 这可能也是在部分来自月球的火山玻璃和玄武岩中同位素值较高的缘故 。
研究人员表示 ， 这些新结果有助于澄清长期未解的月球内部组成结构的问题 ， 从而使科学家们进一步了解月球的形成和早期历史 。
科界原创
编译：朱明逸
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《科学进展》
【科技|阿波罗岩石样本中“记录”着月球早期大事件】期刊编号：2375-2548
原文链接：
https://phys.org/news/2021-02-apollo-samples-capture-key-moments.html
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