AI視頻 | 月球水從哪來？一顆鋯石記錄“外源撞擊”送水之謎

▲月球演化早期外源撞擊體為月球內(nèi)部投送了豐富的水（視頻由AI生成）

月球，這個(gè)曾長期被認(rèn)為極度干燥的星球，近20年來已經(jīng)被證明內(nèi)部含有一定量的水。然而，這些月球水的來源究竟是月球誕生時(shí)與生俱來的“內(nèi)生水”，還是后期天體撞擊帶來的“外源水”？這成為了當(dāng)今行星科學(xué)研究中一個(gè)備受爭(zhēng)議的謎題。

近期，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所等科研團(tuán)隊(duì)，通過對(duì)一顆古老月球鋯石的深度剖析，揭開了早期月球內(nèi)部水源的神秘面紗，為“外源撞擊”送水機(jī)制提供了關(guān)鍵證據(jù)。

▲圖片由AI生成

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鎖定月球“時(shí)間膠囊”

在以往關(guān)于月球水來源的研究中，科學(xué)家們多依賴于磷灰石、火山玻璃和熔體包裹體等物質(zhì)。但是，這些載體極易受到后期太陽風(fēng)注入、宇宙射線散裂或地球環(huán)境蝕變等過程的改造，導(dǎo)致科學(xué)家難以準(zhǔn)確追溯最原始的水源信息。

相比之下，鋯石憑借其卓越的物理化學(xué)穩(wěn)定性，能夠有效抵抗后期的種種擾動(dòng)，成為保存原始巖漿水信息的理想“時(shí)間膠囊”。

研究團(tuán)隊(duì)利用二次離子質(zhì)譜儀（SIMS），將目光鎖定在了月球隕石NWA10049中一顆極其珍貴、形成于距今43.8億年前（4.38Ga）的鋯石上，對(duì)其進(jìn)行了水含量、氫同位素、氧同位素及微量元素的全方位綜合分析。

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揪出月球水“真兇”

這顆月球鋯石在顯微結(jié)構(gòu)和地球化學(xué)特征上，呈現(xiàn)出非常顯著的“核-邊分帶性”。其中，核部晶體形態(tài)相對(duì)完整，微量元素含量較高，具有相對(duì)均一的水含量（735至1164ppm）和極高的氫同位素組成（δD為+1320‰至+1882‰）；邊部顯微結(jié)構(gòu)復(fù)雜，微量元素含量比核部更低，展現(xiàn)出明顯的水含量（879至4268ppm）與δD（+1879‰至+250‰）負(fù)相關(guān)趨勢(shì)。

▲NWA10049鋯石的巖石學(xué)特征

這些異常極端的氫同位素值，究竟是儀器誤差、陸地混染，還是太空風(fēng)化所致？團(tuán)隊(duì)通過大量對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，鋯石中水的同位素信號(hào)，與同一樣品中橄欖石、輝石等易受后期改造礦物的水同位素信號(hào)存在顯著差異，從而確切排除了陸地混染、太空風(fēng)化等所有次生干擾因素。

研究證明，這種特殊的化學(xué)組成和同位素特征，無法用常規(guī)的巖漿去氣模型解釋。團(tuán)隊(duì)推斷，這顆鋯石核部與邊部的巨大差異反映了一個(gè)兩階段的“巖漿混合過程”。其異常的氫同位素和水含量特征，正是外源天體撞擊對(duì)月球內(nèi)部水顯著貢獻(xiàn)的關(guān)鍵鐵證。

03

還原“送水”大撞擊

研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)該鋯石所獲得的數(shù)據(jù)，成功還原了一個(gè)天體撞擊誘發(fā)月球內(nèi)部不均一巖漿系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)演化模型：月球內(nèi)部原本是一片相對(duì)較“干”的“巖漿洋”，一個(gè)富含水且?guī)в刑厥狻八讣y”（不均一氫同位素組成）的外來天體撞擊進(jìn)入這片巖漿，隨后兩者發(fā)生了強(qiáng)烈的混合交融。該混合過程可劃分為兩個(gè)階段。

第一階段，初始混合與核部結(jié)晶。貧水的月球內(nèi)生巖漿與具有高δD特征的外源撞擊熔體發(fā)生初始混合，形成具有高δD同位素特征的富水混合巖漿，經(jīng)過進(jìn)一步分異演化后鋯石核部結(jié)晶。

第二階段，局部再混合與邊部生長。第一階段結(jié)晶的鋯石核隨著巖漿對(duì)流的進(jìn)行，進(jìn)入了性質(zhì)不同的、更富水且δD相對(duì)較低（如球粒隕石端元）的外源巖漿組分之中，進(jìn)一步生長形成了鋯石的邊部。

這一重大發(fā)現(xiàn)為月球早期（約4.38Ga之前）受到富含重氫的外源物質(zhì)（如彗星或富水小行星）的實(shí)質(zhì)性貢獻(xiàn)，提供了可靠的微觀證據(jù)，清晰地揭示了大型撞擊事件是早期月球獲取外源水的重要輸送機(jī)制。

研究對(duì)理解地月系統(tǒng)早期的物質(zhì)增生歷史，乃至探尋地球自身水的神秘起源，都具有重要的指示意義，也凸顯了鋯石水分析在未來行星科學(xué)和深空探測(cè)研究中的廣闊應(yīng)用前景。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.119952

作者：王勇 夏小平 徐健

來源：中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所

責(zé)任編輯：曹旸