中科院地化所首次发现嫦娥五号月壤蒸发沉积成因的蓝辉铜矿

2023-04-28 06:07:07 天眼新闻

4月27日，记者获悉，中国科学院地球化学研究所李阳团队通过嫦娥五号细粒月壤，首次发现具有蒸发沉积特征的蓝辉铜矿矿物(Cu1.8S)。该研究结果提供了月表硫化物在撞击过程中发生气化沉积的直接证据，进一步拓宽人类对月表复杂矿物组成的认识。相关成果近期以封面文章发表在《科学通报》上。

(资料图片仅供参考)

封面文章

据了解，由于缺乏磁场和大气保护，月球表面持续受到陨石和微陨石轰击。撞击引起的气化沉积作用是月表物质经历的典型改造过程，该过程往往伴随独特矿物相的产生(如纳米金属铁以及Fe2Si等矿物)。

“气化是月表岩石经历撞击事件时发生的重要过程，可以显著改造月表的物质组成及元素分布特征。”论文第一作者、北京大学博雅博士后郭壮说，基于对阿波罗样品的观察结果，成熟的月壤颗粒表面普遍存在纳米尺度的气化沉积层物质，该层以富硫组分为典型特征且往往伴随有独特矿物相的产生，如纳米铁颗粒(npFe0)和Hapkeite(Fe2Si)。同时，月球重结晶角砾岩中观察到的网状晶簇结构(vugs)内部也广泛存在硫化物和金属铁等气化沉积物质。

嫦娥五号月壤中蒸发沉积成因的蓝辉铜矿

硫化物是典型的易挥发性物质，行星体表面由撞击或者岩浆热作用产生的富硫蒸气对行星体表层物质具有显著的蚀变改造效应。陨硫铁是月球岩石中最常见的硫化物矿物，相比之下，含铜硫化物在月球样品中非常罕见，化学成分数据指示月球样品中的铜硫化物主要是黄铜矿(CuFeS2)和方黄铜矿(CuFe2S3)，这些铜硫化物一般被认为是由不混溶的含铜硫化物熔体结晶而来。

近年来，有学者通过化学和结构数据综合分析，在Itokawa返回样品中确认了外源成因的硫化铜矿物，因此，碳质球粒陨石或彗星等撞击体的并入也是地外样品中含铜硫化物的重要来源之一。

“但目前月球样品中的铜硫化物矿物普遍缺乏结构数据的支撑。同时，月球表面是否存在铜硫化物矿物的多种形成机制还没有得到确认。”中国科学院地球化学研究所研究员李阳表示，基于对这些问题的思考，研究团队通过多种电子显微分析技术开展了嫦娥五号月壤中铜硫化物颗粒的识别工作，最终在玻璃质及金属铁颗粒表面发现蓝辉铜矿矿物的存在，该矿物的形成揭示了一种新的月表铜硫化物矿物的成因机制，即蒸发沉积作用。

蓝辉铜矿的结构及成分数据

在该研究中，蓝辉铜矿的形成过程可以具体描述为，月球火成岩中的含铜硫化物在撞击产生的热环境中发生铜和硫元素的气化并形成局部的富铜硫蒸气，在随后的冷却过程中，这些气相组分重新沉积在月壤颗粒表面形成蓝辉铜矿晶体。

李阳说，值得注意的是，外源撞击体的并入也是地外样品中含铜硫化物的重要来源之一。同时由于本研究的目标颗粒经历了显著的热事件改造，所以在气化过程中元素的逃逸很难准确评估。因此，尽管在该颗粒中没有观察到与外源撞击体相关的化学成分线索，但也不能完全排除外源含铜物质对月壤颗粒表面蓝辉铜矿形成的元素贡献。

贵州日报天眼新闻记者袁航

编辑李政林

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