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为解决传统地热温度计在研究冲击岩石热历史时存在的局限问题，研究人员开展了以月球玄武岩陨石 NWA 479 中 Fe-Ni 金属泡为对象的研究。结果表明 Fe-Ni 金属泡可追溯陨石热历史，该研究为外星岩石热历史研究提供新途径。
在浩瀚宇宙中，月球陨石宛如神秘的使者，携带着月球演化的珍贵信息。长久以来，科学家们致力于解读这些信息，其中月球陨石的热历史研究至关重要，它能帮助我们了解月球的形成、演化过程以及遭受的各种地质作用。然而，传统的地热温度计在研究月球陨石这类冲击岩石的热历史时，却遇到了重重困难。
传统地热温度计，无论是基于化学元素或同位素在共存硅酸盐矿物间的分配，还是特定原子在晶格中的占位情况，在近平衡系统中能有效测定封闭温度。但一旦遇到冲击岩石这种极端混沌的系统，它们就显得力不从心。冲击岩石在撞击时经历近乎瞬间且高度不均匀的加热，这使得传统地热温度计难以准确测定其热历史。而且，标准地热温度计依赖化学元素的扩散，在封闭温度以下就无法发挥作用，无法记录岩石历史中的寒冷阶段。
为了突破这些困境，来自瑞士洛桑大学地球科学研究所等多个机构的研究人员，对月球玄武岩陨石 NWA 479 展开了深入研究。他们发现，月球玄武岩中特有的原生金属 ——Fe-Ni 金属泡，隐藏着破解月球陨石热历史的关键密码。通过对 Fe-Ni 金属泡的研究，研究人员得出了一系列重要结论，这些结论对于深入了解月球的演化过程意义非凡。该研究成果发表在《Nature Communications》上，为月球研究领域带来了新的曙光。
在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。他们通过扫描电子显微镜（SEM）成像观察 Fe-Ni 金属泡的微观结构；利用电子背散射衍射（EBSD）技术对其进行结晶学取向映射；采用电子探针微分析仪 - 波长色散光谱法（EPMA-WDS）测定金属泡中元素的化学组成；借助聚焦离子束（FIB）制备用于透射电子显微镜（TEM）分析的薄片，并在 TEM 下进行成像和能量色散光谱（EDS）化学分析；还运用了原子探针断层扫描（ACOM）进行高分辨率的结晶学取向分析 。
研究结果
- Fe-Ni 金属泡的坚果壳状微观结构：研究发现，陨石 NWA 479 中的 Fe-Ni 金属泡呈椭圆至近圆形，直径在 5 - 30μm 之间。其内部为多晶的体心立方（bcc）结构核心，包含亚微米至微米级的孪晶和板条状 bcc 晶粒以及微小的面心立方（fcc）间隙晶粒；外部包裹着单晶 fcc 边缘，边缘存在塑性变形，部分区域还有中间带，由微小的 bcc 和 fcc 晶粒组成。通过分析，研究人员确定 bcc 核心晶粒源于具有当前边缘取向的单个 fcc 晶体，且核心到边缘存在不同的位错亚结构 。
- 化学组成特征：对 Fe-Ni 金属泡的化学分析显示，从核心到边缘，Fe 含量逐渐降低，Ni 和 Co 含量逐渐增加，且在核心与中间带的界面处存在化学成分的突变。此外，研究还发现边缘厚度、中间带的存在与边缘外层的成分之间存在相关性，同时微量元素的总浓度较低 。
- 新的月球玄武岩地热温度计：研究人员结合 Fe-Ni 金属泡的微观结构和化学组成，以及 fcc 到 bcc（马氏体）和 bcc 到 fcc（奥氏体）转变曲线的温度，构建了新的地热温度计。通过该温度计，他们揭示了陨石 NWA 479 的完整热历史，包括岩浆冷却、冲击再加热和太空冷却等过程 。
- 岩浆冷却过程：在岩浆冷却的初始高温阶段，Fe-Ni 金属泡的化学成分均匀。随着温度下降，铬铁矿斑晶的生长导致熔体中 Fe 含量降低，从而形成了从核心到边缘的化学梯度。在岩浆喷发至月球表面后，冷却速度加快，Fe-Ni 金属泡开始从 fcc 向 bcc 转变，且这种转变在白天和夜晚呈现不同的阶段 。
- 冲击再加热和太空冷却：冲击事件对 Fe-Ni 金属泡的微观结构产生了显著影响。冲击导致收缩间隙闭合、fcc 边缘强烈塑性变形等。由于冲击持续时间短，而反向转变的孕育期长，固体 Fe-Ni 金属泡的核心在冲击初期未发生反向转变。冲击后，热从热的多孔斜长石熔体传导至金属泡，使其达到平衡峰值冲击温度。随后，陨石在太空中经历快速冷却 。
- 高冲击峰值温度与小冲击场景：研究得出的平衡峰值冲击温度为 660 - 690°C，高于以往研究的结果。这表明在短暂的小冲击事件中，从浅地层和小陨石坑中挖掘出的陨石也能达到较高的冲击峰值温度，挑战了以往认为平衡峰值冲击温度与强事件、高冲击速度和能量必然相关的观点 。
在结论与讨论部分，该研究的重要意义进一步凸显。研究人员利用 Fe-Ni 金属泡成功追溯了月球陨石的完整热历史，包括月表昼夜冷却、冲击再加热和太空冷却等关键过程。这不仅为月球演化研究提供了全新的视角和精确的数据支持，还表明 Fe-Ni 合金作为一种新型的地热温度计，在追踪外星岩石热历史方面具有巨大的优势，能够覆盖更广泛的温度范围和时间尺度。此外，研究结果还对 “小冲击” 场景有了新的认识，强调了在研究陨石热历史时，不能简单地根据冲击特征来推断冲击条件，需要综合考虑多种因素。该研究为后续深入研究月球陨石以及其他外星岩石的热历史奠定了坚实的基础，有望推动行星科学领域的进一步发展。
