05.19 “私奔”到月球?等等,你了解月球吗?

4月9日美国国家航空航天局(NASA)利用月球轨道探测器( LunarReconnaissance Orbiter spacecraft.)收集多年的数据,制成高清格式的月球地图。

NASA探测器发布最美最清晰的月球

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从嫦娥、玉兔和桂树到“明月几时有,把酒问青天”,人们对月亮的好奇心从未停止。随着现代科技的发达,去月球探测早已不是遥不可及的梦,许多的地质学家们通过分析月球上的石头来一进步认识月球。

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1969年7月20日美国第一艘载人登月飞船成功降落在月球静海,阿姆斯特朗成为第一个踏上月球的宇航员,也是第一个在地球外星体上留下脚印的人类成员。

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中国探月

2004年,中国正式开展月球探测工程,并命名为“嫦娥工程”。2007年10月24日18时05分,“嫦娥一号”成功发射升空,在圆满完成各项使命后,于2009年按预定计划受控撞月。2010年10月1日18时57分59秒“嫦娥二号”顺利发射,也已圆满并超额完成各项既定任务。2012年9月19日,月球探测工程首席科学家欧阳自远表示,探月工程已经完成嫦娥三号卫星和玉兔号月球车的月面勘测任务。”玉兔号“具备20度爬坡、20厘米越障能力,可耐受330摄氏度温差,为月球探测任务。嫦娥四号是嫦娥三号的备份星。嫦娥五号主要科学目标包括对着陆区的现场调查和分析,以及月球样品返回地球以后的分析与研究。

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月兔巡查器拍摄到的嫦娥三号照片

月球岩石

月球岩石(moonrock,lunarrock)样品的来源有两个,一是从月球表面采回,二是陨落在地球表面的月球陨石。

当小天体撞击月球表面时,巨大的撞击能量使月球表面的岩石和土壤气化、熔融,并包裹一些岩石碎块角砾向外溅射,形成相应大小的撞击坑。这些溅射物中的熔融物质快速冷却形成玻璃,迅速胶结形成各种碎块角砾。当被溅射的物质的速度大于月球逃逸速度时,就能脱离月球引力场进入星际空间,在星际空间运行一段时间后被地球捕获,降落至地表,成为月球陨石。

目前回收的月球陨石超过160块,大约77对月球陨石都是在沙漠和南极被发现的。从岩石学和化学成分来看,月球陨石有三种端元类型:①角砾岩化斜长岩,具高Al2O3(26%~31%),低FeO(3%~6%),以及低的不相容元素(Th<1μg/g);②玄武岩和角砾岩化玄武岩,具高FeO(18%~22%),中度低的Al2O3(8%~10%)和不相容元素(Th:0.4~2.1μg/g);③苏长质成分的冲击熔融角砾岩(Al2O3:16%,FeO:11%),具极高含量的不相容元素(Th33μg/g)。这类岩石被称为KREEP岩,因为其与Apollo样品中的KREEP岩类似。另外,还有一些陨石为具中性成分的复成分角砾岩,因为它们同时含有斜长岩和玄武岩。尽管月球陨石的成分范围变化很大,种种成分参数一起使之区别于地球物质。

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构成月球表面的基本岩石-构造单元有三个,分别是月海玄武岩区,主要由月海玄武岩和KREEP岩组成;高地岩石,主要由斜长岩和富镁岩套组成;南极-艾肯盆地区,由玄武岩、富镁岩套等组成。

1玄武岩

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月球上的玄武岩大都分布在正面的月海中,在背面的大型撞击坑中也有少量的玄武岩分布。

月球上的月海一般低于周围的高地1~4km,多数呈环形。主要是由火山物质组成,但月球上的火山几乎都是平的,坡度为1∶500~1∶2000,这与月海玄武岩粘度小而流动性大有关。月海玄武岩的产状有熔岩流、火山渣锥、火山穹丘、火山脊、火山隧道等。熔岩流的范围也十分可观,最大的面积为2×105km2,相当于美国哥伦比亚高原玄武岩的面积,但它们的厚度仅十几至几十米,最厚者为1000m。火山渣锥的规模比地球上的火山渣锥小,火山渣的喷射速度相当于地球上喷射速度的1/3~1/10,说明月球玄武岩含较低的挥发分。

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月海玄武岩

2克里普岩(“KREEP”岩)

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是一种非常特殊的月球岩石。这类岩石含有高的Th、U、K、REE和P元素,因此被称为“KREEP”岩。由于Apollo很多复角砾冲击岩都是富集Th和REE,并趋向富集所有的不相容元素。Warren&Wasson(1979)认为几乎所有月壳中的不相容元素都是来自于一个共同的岩浆库———可能是一个岩浆洋残留,取名urKREEP。尽管urKREEP像KREEP,但它是一种假想物质,这种物质不会保持它原有的形式,因为一旦它形成后,就会加入到富Mg岩浆的同化反应中。

KREEP岩多数是角砾岩或玄武岩的填隙物,呈隙间玻璃,最大的粒径范围仅达150μm。这种演化程度高的组分可能是岩浆结晶分离的最终产物,或者是由于陨石的冲击作用下发生了低程度的部分熔融后结晶形成。后来,在Apollo14的岩石样品中还发现了花岗岩、高Al和高K的玄武岩以及含较高丰度的KREEP的斜长岩和橄长岩,更加证实了月球岩石中存在着演化程度(分异程度)高的残余熔体,有些岩石则是原始熔浆受到它们同化、混染后的产物。

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克里普岩

3高地岩石(highlandrock)

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大部分月球高地近月表的样品都是来自古老月球高地的冲击作用。而完全没有受到冲击过程改造的高地岩石是很少的。高地岩石主要由斜长岩、富镁岩套和撞击角砾岩所组成。

4斜长岩

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斜长岩是月球高地月壳的主要成分,在月球背面分布最广。构成斜长岩的斜长石为富含钙的钙长石(An95~97)及少量的低钙辉石,暗示了母体岩浆规模巨大,致使组分均匀化。斜长岩是构成原始月壳最主要的岩石类型。斜长岩的Rb-Sr等时年龄为4.13~4.25Ga,87Sr/86Sr初始值为0.699。

5富镁岩套(Mg-suite)

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这类岩石包括苏长岩、橄长岩、纯橄岩、尖晶石橄长岩和辉长斜长岩,它们组成了富镁深成岩组合,很有可能都是堆晶岩。最高

Mg的堆晶岩包括一些超基性岩,但只有纯橄岩72415(Dymeketal.,1975)质量大于1g,其他的一些都大致为非代表性的橄长岩的样品。高Ca辉石在最富Mg岩套的岩浆的结晶序列中相对较晚形成。辉长斜长岩相对很少,且趋于比苏长岩具有更低的Mg和高的Na/(Na+Ca)。一些演化程度最高的初始月球岩石类型,如碱性岩套和极少的花岗岩,与富Mg岩套和/或KREEP极端不同。一些采集到的花岗岩样品显示很好的极清楚的毫米级的硅酸盐液相不混溶现象。

6月球角砾岩

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月球角砾岩是月球岩石中一种特殊的岩石类型。根据阿波罗飞船采集的月壳岩石的分析结果,60%以上的岩石是由各类高地岩石经冲击破碎、部分熔融而胶结形成的角砾岩。根据角砾的构造特征,角砾岩可划分为以下类型。单组分角砾岩,由就地产生的破碎岩石角砾或经熔融重结晶角砾组成。双组分角砾岩,由就地产生的破碎岩石角砾或经冲击熔融的重结晶角砾与穿插有细脉状角砾所组成(因有两种组分的角砾而得名)。多组分角砾岩由岩屑碎块、月壤角砾、冲击玻璃等粘结而成。这些角砾岩的岩石类型及矿物、化学成分极不均匀。由于多种类型的岩石经冲击破碎并部分熔融粘结,因而角砾岩中的角砾、玻璃和胶结物都具有多来源的特征。

7月岩和月壤的年龄

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最古老的月岩是稀少的橄榄岩和橄长岩,代表月球初始熔融后首先凝固的岩石年龄。月球高地斜长岩年龄为

41亿~44亿年,代表斜长岩月壳的形成年龄,随后形成的花岗质火成角砾岩的年龄为40亿~41亿年。玄武岩是最年轻的月岩,弗拉毛罗高地玄武岩的年龄为38.7亿~39.6亿年,月海玄武岩年龄为32亿~38亿年,它们是月球不同时期岩浆作用的产物:①静海玄武岩35亿~39亿年(低钾玄武岩37.4亿~39.3亿年,高钾玄武岩大于32.3亿~35.3亿年);②澄海金牛-利特罗峡谷玄武岩碎片与玻璃样品37.1亿~37.9亿年,与静海玄武岩相当;③雨海玄武岩33亿~34.5亿年;④丰富海玄武岩34.2亿~34.5亿年,与雨海玄武岩相当;⑤风暴洋玄武岩32亿~33亿年。月壤年龄为43亿~46亿年,月壤是月壳岩石破坏的产物,月壤年龄近似反映月壳的形成年龄。

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月壤


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