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嫦娥五号月壤磁学性质揭示其不成熟特征

来源：时间：2023-12-14 11:27:44 浏览：1119次

图1. 嫦娥五号着陆点及嫦娥五号月壤电子顺磁共振波谱仪、穆斯堡尔谱仪数据

嫦娥五号月海玄武岩形成于迄今约20亿年前，是人类目前为止采集的最年轻月海玄武岩（图1）。目前已有多个研究对嫦娥五号月壤的成熟度特性进行了研究（Li et al., 2022; Wu et al., 2022; Lu et al., 2023），但对其是否成熟却没有一致结论。其中最主要的原因可能是目前并没有任何对嫦娥五号月壤的磁学研究。亚微观金属铁是空间风化的主要产物，具磁性，因而可以通过实验室磁学手段进行表征，包括电子顺磁共振波谱仪、穆斯堡尔谱仪和振动样品磁力计等（图2、图3）。通过这些方法获得的磁学性质，尤其是Is/FeO值是判断月壤成熟度的关键指标。

图2. 嫦娥五号月壤振动样品磁力计数据（磁滞回线、Day-Dunlop图和一阶反转曲线）

通过电子顺磁共振波谱仪、穆斯堡尔谱仪和振动样品磁力计等对嫦娥五号月壤CE5C0600、CE5Z0204YJ和CE5Z0906YJ和其中挑选的14个玄武岩颗粒的测试，本研究发现嫦娥五号月壤中含有约0.42-0.43 wt%的亚微观金属铁，主要为空间风化成因。玄武岩颗粒中亚微观金属铁的含量集中在0.08-0.10 wt%之间，主要为岩浆成因，反应了嫦娥五号玄武岩的均一性，可能形成于同一期喷发事件。嫦娥五号月壤虽然具有所有月壤中最高的FeO含量，但是其亚微观金属铁含量却并不高，两者之间没有直接联系(图3)。除此之外，根据Day-Dunlop图和一阶反转曲线，显示嫦娥五号月壤较玄武岩颗粒具有更细的磁畴，具假单畴特征。

图3. 月壤亚微观金属铁（Fe0）和FeO含量并无直接联系。月壤Is/FeO和Fe0/FeO具线性关系

Is/FeO值是衡量月壤是否成熟的关键指标。前人虽然通过辐射传输方法对其进行了限定，但相关方法精度较低，应用过程中需要做大量假设。由于缺乏标样（已知Is/FeO值的阿波罗样品），目前国内无法直接测定月壤的Is/FeO值。本研究发现月壤的Fe0/FeO和Is/FeO值具有强相关性（R=0.89；图3），并提出根据其线性关系可以由实验室通过振动样品磁力计或穆斯堡尔谱仪测定的Fe0值，由化学方法或XRF测定的FeO含量反推Is/FeO指标。

图4. 月壤Is/FeO值与凝结集块岩含量和Ni含量的关系。

据此，本研究得到嫦娥五号样品的Is/FeO值为14+6/-10。这是首次由实验室磁学测试得到嫦娥五号月壤的成熟度指标，反映嫦娥五号月壤是目前为止采回的最不成熟的月壤之一（图3右），与其最为年轻的年龄相一致。同时，团队比较了嫦娥五号月壤的Is/FeO值与其中凝结集块岩含量、Ni含量等指标，发现计算得到的Is/FeO值都落于拟合线上，验证了该计算结果的可靠性（图4）。

文章来源：行星科学

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