來自中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所的科研團隊，通過分析嫦娥六號任務(wù)帶回的月球背面玄武巖樣本，首次證實約42.5億年前南極-艾特肯盆地的大型撞擊事件不僅塑造了月球表面最大的隕石坑，更通過極端高溫環(huán)境導致月幔深層物質(zhì)發(fā)生劇烈揮發(fā)，這一發(fā)現(xiàn)為解釋月球正背面地質(zhì)差異提供了關(guān)鍵證據(jù)。相關(guān)成果近日發(fā)表于國際權(quán)威學術(shù)期刊《美國國家科學院院刊》。

研究團隊聚焦鉀、鋅、鎵等中等揮發(fā)性元素的同位素特征，這些元素在高溫環(huán)境下極易發(fā)生分餾現(xiàn)象。通過對嫦娥六號采集的月球背面玄武巖進行納米級同位素檢測，科研人員發(fā)現(xiàn)樣本中較重的鉀-41同位素含量較月球正面阿波羅任務(wù)樣本高出12‰。這種異常比例無法用宇宙射線照射或巖漿分異等常規(guī)地質(zhì)過程解釋。

"撞擊產(chǎn)生的瞬時高溫超過2000℃，壓力達到數(shù)十萬大氣壓，這種極端條件使月幔中的輕質(zhì)同位素像氣體一樣逃逸。"項目負責人田恒次研究員解釋道，"就像用高溫烘烤巖石，較輕的鉀-39優(yōu)先揮發(fā)，導致殘留物質(zhì)中鉀-41相對富集。"這種同位素印記如同"地質(zhì)指紋"，清晰記錄了撞擊事件的能量規(guī)模與物質(zhì)遷移過程。

進一步分析顯示，揮發(fā)性元素的顯著丟失可能改變了月球深部的物質(zhì)組成與熱狀態(tài)。研究團隊通過數(shù)值模擬證實，月幔中揮發(fā)物的減少會降低巖漿的流動性，這或許能解釋為何月球背面在撞擊事件后的30億年間火山活動幾乎停滯，而正面卻持續(xù)存在大規(guī)模熔巖噴發(fā)。這種空間分布的不對稱性，此前一直是月球演化研究的未解之謎。

該成果首次建立了大型撞擊事件與行星內(nèi)部物質(zhì)循環(huán)的直接關(guān)聯(lián)。科研人員正在構(gòu)建更精細的同位素演化模型，計劃結(jié)合未來月球南極樣本數(shù)據(jù)，進一步驗證撞擊事件對月球磁場消失、水冰分布等重大科學問題的影響機制。這項研究為理解類地行星早期演化提供了全新視角，相關(guān)分析技術(shù)已應(yīng)用于小行星采樣返回數(shù)據(jù)的預處理工作。