地质地球所工程师在分析嫦娥五号月壤成分。受访者供图

为何月球在距今20亿年前依然有火山活动？

这是科学家一直想了解的月球演化历史研究中的一个重大科学问题。

通过对“嫦娥五号”带回的月球样品进行研究，中国科学院地质与地球物理研究所(下称“地质地球所”)的科研人员发现，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，从而克服了缓慢冷却的月球内部环境，引发长期持续的月球火山作用。

10月22日，该研究相关成果发表于《科学进展》。

月球形成于约45亿年前，质量只有地球的约1%，对于如此小的天体来讲，理论上它应该快速冷却，很早就停止火山活动，成为地质意义上的“死亡”星球。那导致月球如此“长寿”的根本原因是什么？

“要想找到月球长寿的秘诀，首先需要搞清楚20亿年前月球内部的状态。”地质地球所研究员陈意说。然而，目前人类返回的月球样品基本都是月表物质，如何通过月表物质推测月球内部的状态，是比较困难的。

以原有地球岩石学和热力学研究为基础，陈意团队发现，通过对地球火山岩样品进行岩石学和热力学模拟计算，可以反向推演出岩浆最开始形成的深度和温度条件。

这一想法为月球研究打开了新思路。陈意介绍，在确立“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的基础上，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。

思路有了，但相较于地球研究，月球研究仍有一定难度。“嫦娥五号”土壤样品平均粒度仅有50微米。粒度越小，这意味着其中所含矿物量等信息就越少。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，并与阿波罗玄武岩的初始岩浆进行对比。

研究发现，与阿波罗玄武岩的初始岩浆相比，年轻的“嫦娥五号”玄武岩的初始岩浆含有更多的钙和钛，这表明“嫦娥五号”玄武岩的月幔源区有更多的富钙富钛物质的加入。

进一步的模拟计算结果显示，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”，还导致月幔熔点降低，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。

南方日报记者徐勉王诗堃