月球玄武巖是月幔部分熔融形成的巖漿經(jīng)火山噴發(fā)至月表冷卻結(jié)晶形成的巖石，這為認(rèn)識(shí)月幔物質(zhì)組成和演化提供了重要的窗口。阿波羅和月球號(hào)返回的月球樣品表明月海玄武巖具有明顯的成分變化。根據(jù)TiO2含量，將玄武巖劃分為三種類型：超低鈦（< 1wt.%），低鈦（1-6 wt.%）和高鈦（>6 wt.%）。不同類型的玄武巖對(duì)于我們認(rèn)識(shí)/限定月幔的物質(zhì)組成和過程起到不同的作用。我國嫦娥五號(hào)任務(wù)順利返回了目前最年輕的月球樣品，為我們深入了解月幔的物質(zhì)組成和晚期的演化提供了寶貴的機(jī)會(huì)。當(dāng)前，對(duì)嫦娥五號(hào)玄武巖的類型（低鈦 vs 高鈦）、是否有克里普物質(zhì)的參與（量）等科學(xué)問題存在爭(zhēng)議。 為進(jìn)一步解決上述問題，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所田恒次副研究員(第12批會(huì)員)、楊蔚研究員(第4批會(huì)員)、林楊挺研究員、李獻(xiàn)華院士、吳福元院士等，利用拉曼光譜、電子探針和激光等離子體質(zhì)譜儀分析技術(shù)對(duì)玄武巖中的斜長(zhǎng)石開展研究（優(yōu)勢(shì)：主要礦物；能夠記錄較長(zhǎng)時(shí)間的巖漿演化信息；避免玄武巖巖屑太小代表性不足的問題），取得了新認(rèn)識(shí)： （1）斜長(zhǎng)石An牌號(hào)，K2O和TiO2含量變化明顯，其中An20到An70數(shù)據(jù)稀少，整體分布特征與阿波羅低鈦玄武巖中的斜長(zhǎng)石類似。早期結(jié)晶的斜長(zhǎng)石具有高的An牌號(hào)，隨著分離結(jié)晶進(jìn)行，An逐漸降低，而微量元素含量逐漸升高（如，La、Ba等；圖1）。 
圖1 斜長(zhǎng)石微量元素與An牌號(hào)的關(guān)系 （2）利用晶格應(yīng)變模型計(jì)算了斜長(zhǎng)石和輝石的平衡熔體組分。結(jié)果表明斜長(zhǎng)石和輝石平衡熔體都具有明顯的稀土元素變化，其平均值明顯高于嫦娥五號(hào)玄武巖全巖成分和阿波羅玄武巖，與阿波羅15 KREEP玄武巖稀土含量類似（圖2）。從定性角度而言，這一富集的特征很可能是巖漿經(jīng)過高程度分離結(jié)晶作用形成，而并非是混染KREEP物質(zhì)的結(jié)果（斜長(zhǎng)石平衡熔體微量元素變化趨勢(shì)明顯遠(yuǎn)離KREEP端元；圖3）。 
圖2 斜長(zhǎng)石和輝石的平衡熔體REE含量變化及其與嫦娥五號(hào)全巖組成（月壤和玻璃珠代表）和阿波羅12和15低鈦玄武巖全巖對(duì)比關(guān)系 
圖3 斜長(zhǎng)石平衡熔體的微量元素濃度及與其它端元的對(duì)比 （3）利用斜長(zhǎng)石Ti含量和經(jīng)驗(yàn)公式得到的分配系數(shù)估算了平衡熔體的TiO2含量。結(jié)果表明，最早期結(jié)晶的斜長(zhǎng)石（An～90）對(duì)應(yīng)的熔體具有～3.3 ± 0.4wt.%的TiO2含量（圖4），落在低鈦玄武巖范圍。隨著An降低（An～90-82），平衡熔體TiO2含量緩慢升高，暗示這一階段存在鎂鐵礦物而非鈦鐵礦的連續(xù)結(jié)晶。這一結(jié)果進(jìn)一步支持嫦娥五號(hào)玄武巖起源于低鈦玄武質(zhì)熔體。 
圖4 斜長(zhǎng)石平衡熔體TiO2含量隨An的變化 研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊AM（田恒次，楊蔚，張棣，張慧娟，賈麗輝，吳石頭，林楊挺，李獻(xiàn)華，吳福元. Petrogenesis of Chang’E-5 mare basalts: Clues from the trace elements in plagioclase [J]. American Mineralogist, 2022. DOI: 10.2138/am-2022-8570）（online版）。該成果受中科院重點(diǎn)部署項(xiàng)目（ZDBS-SSW-JSC007-15）、中國國家航天局民用航天技術(shù)預(yù)研究項(xiàng)目(D020203)、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)研究項(xiàng)目(XDB 41000000)、中科院地質(zhì)與地球物理研究所重點(diǎn)部署項(xiàng)目（IGGCAS-202101）、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)項(xiàng)目(2022064)共同資助。 | 
