【月球是如何“延寿”8亿年的?】月球一直“活到”了什么时候?这是月球演化历史研究中科学家一直想了解的一个重大科学问题。

一年前,中科院地质与地球物理研究所(以下简称地质地球所)的科学家们利用嫦娥五号带回的月球样品,证明月球在距今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8亿到9亿年。

那么,月球是如何“延寿”的?现在该所研究员陈意团队给出了潜在答案。他们通过研究嫦娥五号带回的月壤岩屑发现,月幔在20亿年前比30多亿年前含有更多的钙和钛,导致月幔熔点降低,且月幔经历十几亿年的冷却后,温度仅降低了约80摄氏度,并据此提出新的月球热演化模型。相关成果https://t.cn/A6ooHXJD 10月22日发表于《科学进展》。

“由子及母”探寻月球保持活力的秘密

与地球类似,月球形成于约45亿年前,但其质量约只有地球的1%。如此小的天体,理论上应该快速冷却而早早停止火山活动,成为死亡星球。但去年10月,对嫦娥五号月壤样品的首批研究,刷新了人类对月球岩浆活动和热演化历史的认知,也提出了新的科学问题——月球如何活到20亿年前?

“就像地球的地幔一样,月球玄武岩是月幔部分熔融形成的岩浆经火山喷发至月球表面冷却结晶形成的岩石。”陈意向《中国科学报》解释,对于持续冷却的月幔发生部分熔融,国际学者曾提出两种假说:放射性元素生热导致月幔升温、加水降低月幔熔点。

然而,中国科学家对嫦娥五号玄武岩的研究揭示月幔源区并不富含放射性生热元素,且非常“干”,排除了以上两种假说。

月球火山活动为什么能持续如此之久?这成为新一轮月球研究中的未解之谜。

陈意表示,要想破解这一谜团,前提是确立嫦娥五号玄武岩起源的深度和形成的温度,即月幔发生部分熔融时的温度和压力条件。在此基础上,将其与更古老的阿波罗玄武岩进行对比,即可建立全新的月球岩浆-热演化模型。

大多数阿波罗玄武岩形成于距今38亿—31亿年前,由美国阿波罗计划的6次载人登月任务于20世纪六七十年代采集带回地球。

我国嫦娥五号玄武岩从月幔源区喷发至月表过程中,经历了高程度的结晶分离等一系列演化过程,玄武岩成分发生了显著改变,如何准确恢复其初始岩浆的成分,成为限定岩浆起源深度和温度的关键。

“打个比方,嫦娥五号玄武岩就像月球的小儿子,阿波罗玄武岩是月球的大儿子,他们是月球这个母亲在不同年龄阶段生的孩子,两个儿子的元素含量存在差异。”陈意打比方道,“通过这种差异,可以反向推演‘母亲’生它们时的身体状态,也就是月球当时的内部状态。”

嫦娥五号土壤样品平均粒度仅有50微米。粒度越小,意味着其中所含矿物量等信息越少。研究团队建立了若干标准,试图在其中找到颗粒更大、矿物种类更全、矿物分布更均匀的岩屑作为初始成分,反向推演彼时月球内部发生的情况。

最终,他们从600多颗岩屑中选取了27颗具有代表性的岩屑,采用最新研发的扫描电镜能谱定量扫描技术,分析了岩屑的主要成分,结合一系列岩石学和热力学模拟计算,成功恢复了嫦娥五号玄武岩的初始岩浆成分,并与阿波罗低钛玄武岩的初始岩浆进行对比,发现了月球保持活力的两个潜在“秘诀”。

一方面,嫦娥五号玄武岩的初始岩浆比阿波罗玄武岩的初始岩浆含有更高的钙和钛组分,即月幔在20亿年前比30多亿年前含有更多的钙和钛。这部分物质恰恰是月球岩浆洋晚期结晶的产物,且具有易熔的特性,它的加入会显著降低月幔的熔点,诱发月幔部分熔融形成年轻的月球玄武岩。

另一方面,模拟计算结果显示,嫦娥五号玄武岩比阿波罗玄武岩的形成温度更低,即月球内部经历十几亿年的持续冷却,温度仅仅降低了约80摄氏度。

他们据此提出新的月球热演化模型:月球岩浆洋晚期结晶的易熔物质,逐渐加入到了月幔,不仅为月幔“补钙补钛”,而且导致月幔熔点降低,从而克服了缓慢冷却的月球内部环境,引发了长期持续的月球火山作用。

“裹毯子”维持“年轻”与“热度”

月球岩浆洋晚期结晶产物为什么具有更多的钙和钛?十几亿年的冷却,月球内部温度为何仅降低了约80摄氏度?陈意对此进行了深入解读。

今天,从地球看月球,白色的地方是月陆,深色的地方是月海。科学家发现,月陆表面主要为斜长岩,而月海表面主要为玄武岩。这与月球的演化历史有关。

科学家推测,像地球一样,早期的月球上也是一个岩浆洋,随着降温、冷却、结晶过程,月核首先形成,接着不同层次的月幔出现。

“在岩浆洋冷却结晶过程中,富橄榄石的一些物质会在结晶早期沉淀到更深部的月幔中,而密度更轻的斜长石会向上浮动,漂在岩浆洋表面,形成月壳,也就是人们看到的月亮上比较亮的区域。”陈意解释说。

而岩浆洋晚期结晶的主要矿物是单斜辉石和钛铁矿,它们的一个显著特点是钙、钛含量较高,且熔点比较低。这部分物质密度很高,结晶完之后便会下沉,进入到深部月幔和月核的边界。

对于体积更小的月球火山活动持续时间如此之长,国际科学界有一个猜想:月表覆盖的平均厚度达4~5米的月壤,就像一层“厚厚的毯子”,使月球内部热耗散相对较慢。同时,与地球不同,月球没有板块构造,不会把地表的冷物质带到内部,发生物质和能量的交换而给月球“降温”,这也可能是其散热较慢的一个原因。

然而,长久以来,由于缺乏量化对比,人们很难知道月球内部热耗散究竟有多慢。

通过将嫦娥五号玄武岩与阿波罗玄武岩对比,该团队推测,从30多亿年前到大约20亿年前,在月幔相同深度,温度仅下降了约80摄氏度。

期刊论文审稿人指出,这是一项高质量的研究。“这项研究对年轻的嫦娥五号玄武岩可能是如何形成的提供了一种新颖的解释。毫无疑问,自去年月球新年龄被宣布以来,这一直是许多科学家最关心的问题。”

论文审稿人、英国牛津大学地球科学系的Richard Palin说,研究团队的解释得到了岩石学建模和岩石学观察的有力支持。

新机遇 新发展

现在看来,月球的地质生命活动似乎已完全停止。那么,未来是否可能发现比20亿年更年轻的月球火山活动痕迹呢?

在陈意看来,这“完全有可能”,科学研究就是不断推陈出新的过程。

“月球究竟是什么时候真正死亡的,到现在还是个谜。”他说,“目前,我们仅有的确凿证据证明月球在20亿年前还有火山活动,那时候它还是活的。如果将来有更多的样品,就可以建立一个更加完整的、高精度的月球冷却量化曲线,推测出它的地质生命活动轨迹。”

那么,月球最新的岩浆活动证据可能隐藏在哪里?据介绍,当前科学家主要通过撞击坑定年法,推测相关区域的大致形成年龄。“若干年后,我们或许可以采到更年轻的月球样品,了解月球生命最晚期的内部状态。”

陈意认为,月球研究可能有助于解决人们认识地球过去的“瓶颈”问题。

“由于地球板块构造运动抹掉了很多古老的地球历史记录,人们尚不清楚从45亿年前到35亿年前地球到底经历了哪些演化过程。地月系统同根同源,没有板块构造的月球地质历史记录非常完整、丰富,将有助我们了解地球的过去、现在和未来。”他说。

在他看来,嫦娥五号、祝融号等地外行星探测项目正在给中国地球和行星科学研究带来新机遇。最近一年多来,随着月壤样品返回和首批火星探测数据传回地球,国内的行星科研队伍正在迅速扩大。

陈意表示,地外行星探索将为地球科学研究“打开非常大的一扇门”。地质学、地球化学、地球物理、遥感探测,乃至地外生物等地球科学的各个研究领域将得到进一步发展。https://t.cn/A6ooHXJk

在中美关系紧张的大背景下,一些日本企业正在想办法建立不依赖中国的供应链。例如,今年夏天,本田汽车公司开始实施一项绝密的大规模重组计划,探索如何在制造汽车和摩托车时,尽可能少用中国制造的零件。但是,撇开中国另建供应链的做法,无疑会带来更高的生产成本,预计会导致几乎所有商品价格大幅上涨。

图片来源于网络

2010年4月,美女画家为了救助野狼,毅然卖掉成都的房产,谁曾想十年后,她的狼崽竟然成了新一代狼王,再见面时,狼王风一般扑向她。
 
 
美女画家叫李微漪icon,2010年4月,她和男友亦风从成都来到四川若尔盖草原写生,初来乍到她就听说了一个悲伤的故事。
 
故事的主人公两只狼,公狼为了养育妻儿,不惜来到牧民家偷羊,结果被牧羊人逮到后宰杀。
 
丈夫觅食未归,母狼察觉出了反常,顺着气味找到了被剥皮的公狼,为了给丈夫报仇,她和牧民展开了一场搏斗,重伤之后她拖着残躯来到洞里,最后死在了幼狼的身边。
 
李微漪为这对狼夫妻之间的爱情而感动,于是担忧地问道:“那现在它们的孩子还活着吗?”
 
牧民摇了摇头说不知道,最后在李微漪的请求下,她来到了一个洞口,在那里她发现了一只奄奄一息的小狼。
 
李微漪将小狼带回,并尽心尽力地照顾它,还给它取了一个名字:格林,格林在李微漪的照顾下逐渐恢复健康,他们成了形影不离的伙伴。
 
不久,李微漪基建离开草原回到城市,可是2个月的格林却没人愿意照顾,她索性一咬牙将她带回了家。
 
李微漪和男友亦风两人,成了格林的监护人,就像养小狗一样,为它戴上狗链,喂它吃狗粮,还带着它去街上散步。
 
格林表现得很好,就连叫声也都是模仿小区里的小狗的叫声,李微漪一度怀疑它是不是会忘记了狼是怎么叫的。
 
就在她觉得格林已经适应了城市里的一切后,意外却突然来临,那天,李微漪在做饭时不小心切到了手指,鲜血瞬间流了出来。
 
而此时的格林体内的狼性基因忽然觉醒,对着李微漪面露凶光,李微漪发现后连忙呼喊男友亦风,亦风赶紧把格林带出了家门。
 
直到李微漪处理好伤口和地板上的血迹,才敢让亦风把格林带回家,这件事让两人意识到,狼终究就是狼,永远不会变成狗。
 
李微漪打算将格林送到动物园,可是一番考察后,她觉得动物园里的狼并不开心,就连叫声都充满了悲凉,于是她下定决心,要将格林送回草原。
 
可是才3个多月的格林怎么能够在野外生存呢?李微漪和男友干脆带着格林吃住在草原,打算在这里培养格林。
 
李微漪每天都会带着格林出去在野外奔跑,为了锻炼它的捕食能力,还会用绳子将活野鸡拴住,让格林自己去咬杀。
 
可是当格林面对大它好几倍的藏獒时,还是忍不住躲到了李微漪的身后寻求保护,李微漪知道,她和格林还有很长一段路要走。
 
而格林最终也没让她失望,有一次李微漪重病不起躺在帐篷里休息,格林看到后跑出去很久才回来,它把一只自己捕杀的野兔送到李微漪跟前,李微漪看着野兔十分感动。
 
但她同时也意识到,时机已经成熟了,她不能再让格林赖在她的身边了,于是在格林9个月大的时候,在李微漪的驱赶下,格林终于踏上了它自己的征程。
 
李微漪回到了城市,可是她的心却始终放心不下格林,她曾经返回过草原寻找过格林。
 
起初,格林看到她的时候没认出来李微漪,一边走一边回头,看了几眼之后,李微漪忍不住呼喊格林的名字,格林立刻转身向她奔跑而来。
 
他们紧紧地拥抱在一起,李微漪那一刻悬着的心终于落了下来,她相信格林一定能在草原存活下去。
 
2014年,李微漪忽然得知格林被捕了,忧心忡忡的李涟漪连夜赶回草原,寻找格林的身影。
 
可是格林虽然找到了,但它的眼神却变了,无论李微漪如何呼唤它的名字,格林始终不愿与她相认。
 
李微漪打听之后才得知,原来格林已经成家,但是他的4个孩子有3个都被人捕杀了,因此它对人类十分抗拒。
 
李微漪百感交集,她害怕格林就此与她疏远,躺在床上思来想去后,李微漪做了一个大胆的决定。
 
她要拍一部以格林为主人公拍一部纪录片,以警醒世人爱护动物,尊重自然,为此她不惜卖掉了自己的房子,和男友两人在没有专业团队的指导下,开启了他们的征程:为草原狼群发声。
 
2018年,他们用7年时间完成了这部作品《重返狼群》,里面记录了格林7年的狼群生活,也让更多人了解到了草原狼群的生存环境。
 
2020年 8月,李微漪再次来到了草原,她看着绿油油的草原正在思念格林,忽然一个熟悉的身影出现在了她眼前。
 
没错,是格林出现了,它看着李微漪没有逃避,而是径直向她跑来,直接扑进了李微漪的怀里。
 
李微漪听牧民说,格林已经成为了这片草原上的狼王,它拥有一个很大的狼群,李微漪满含热泪地抱着格林,两人之间再无芥蒂。
 
狼作为一种野性动物,注定不可能像小狗一样成为人类的朋友,但是在李微漪和格林身上,我们看到了意外,这段人与狼之间的感情让人为之动容。


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