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“幔游”课题组

"Rocking Mantle" Group





月球Non-PKT最古老富硅质火山的新证据

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原创 曾小家 行星科学

# 摘要 #

      月球角砾岩陨石NWA 10447中花岗质岩石碎屑的岩石学、矿物学和年代学研究表明，其为月球最古老（4.32 Ga）富硅质火山的新证据，样品与遥感地球化学数据对比分析表明该富硅质火山分布于月球非风暴洋（Non-PKT）低TiO2低Th的月海区域，代表了月球富硅质火山的新产出。

月球花岗质岩石是月壳高度演化富硅质岩浆活动的产物，蕴含了月壳岩浆活动的持续时间、演化多样性、分异程度等信息。当前，仅Apollo 12、Apollo 14、Apollo 15和Apollo 17任务返回了极少量的月球花岗质岩石（约20个颗粒或碎块，除一块82克的花岗质角砾岩12013外，大多数为小于1克的碎屑）。就全月球而言，遥感数据（Diviner、GRS和UVVIS等）也探测到了富硅质岩浆喷出月表形成的富硅质火山（如：Gruithuisen、Lassel等）。Apollo花岗质岩石和月球富硅质火山的定年结果为2.5 Ga至4.32 Ga，该年龄值比月球最古老玄武岩（~4.37 Ga）和最古老不混溶富硅熔体（~4.38 Ga）的年龄年轻，这在逻辑上带来了一个问题：月球理论上存在大于4.32 Ga的花岗质岩石（因为玄武质岩浆演化晚期或玄武质岩浆侵入斜长质月壳发生部分熔融均可能产生富硅质熔体；不混溶富硅熔体也可能形成花岗质岩石）。另外，考虑到月球遥感探测具有分辨率低、数据多解、撞击坑定年不确定性大等制约因素，月球上可能存在尚未被识别的富硅质火山。

月球角砾岩NWA 10447中的花岗质岩石碎屑（Clast-GF）

球陨石是月表物质通过小天体随机撞击被抛射到地球上的月球样品，是Apollo、Luna等返回样品的重要补充。近期，中科院地球化学研究所曾小家特别研究助理等研究人员在一块月球角砾岩陨石NWA 10447中发现了稀有的月球花岗质岩石碎屑（>7颗岩屑），其中包括一颗毫米级大小的含锆石花岗质岩石碎屑（Clast-GF；图1），该岩石碎屑与Apollo 12花岗质岩石（如：12032）具有类似的岩石结构和矿物组成特征，锆石U-Pb定年结果显示其结晶年龄为4.32 Ga，与最古老的花岗质岩石（Apollo 12和Apollo 17）年龄一致（图2）。扫描电子显微镜和Raman光谱分析显示：花岗质岩石碎屑Clast-GF中的SiO2相为具有不规则破裂结构的石英颗粒，具有该结构的石英颗粒通常被认为是从不稳定的鳞石英或方石英（形成于高温、快速结晶、火山喷发的环境）转变而来，指示了花岗质岩石碎屑Clast-GF是月表富硅质火山喷发的产物。


图2 月球花岗质岩石与富硅质火山的定年结果


基于角砾岩NWA 10447的全岩FeO、TiO2和Th地球化学组成，结合LP-GRS获取的全月球FeO、TiO2和Th元素含量分布数据，限定了月球角砾岩陨石NWA 10447可能的溅射源区为危海或丰富海南部区域（图3）。考虑到花岗质岩石碎屑在NWA 10447中较常见，指示了这些花岗质岩石碎屑是NWA 10447来源区域的岩石，而不太可能是撞击过程溅射到该区域的溅射物。结合Apollo花岗质岩石和月球富硅质火山的研究进展，本研究获得以下认识：（1）NWA 10447中花岗质岩石碎屑是月球最古老（4.32 Ga）富硅质火山的新证据；（2）不同于月球风暴洋（Procellarum KREEP Terrane; PKT）区域的Apollo花岗质岩石和富硅质火山（通常富TiO2和Th），本研究指示月球非风暴洋（Non-PKT）低TiO2低Th的月海区域也存在富硅质火山活动，代表了月球富硅质火山的新产出；（3）目前对月球富硅质火山活动的认识仍不足，如：未获得大于4.32 Ga富硅质火山的岩石学证据。