月球原始碎屑受撞击改造的广泛影响：改写月球演化认知的关键发现

在月球研究领域，“原始” 月球样本的定义存争议。为解决此问题，研究人员开展 “通过锆石 Al 含量评估月球样本” 的研究。结果发现月球碎屑锆石和基质锆石与周围玻璃存在化学不平衡，冲击改造广泛存在。这一发现为重新评估月球材料提供关键依据。

　　月球，这颗地球的天然卫星，一直以来都是科学界探索的焦点。长久以来，人们认为月球岩石碎片，尤其是那些被视作原始（pristine）的样本，是研究月球形成和岩浆演化的关键。这些样本被认为在很大程度上避开了月球强烈的撞击历史，能让我们一窥早期月球地壳的奥秘。其独特的地球化学特征、矿物成分和年龄，被当作早期月球岩浆演化的证据，“原始火成岩” 的概念更是在确定月球岩浆海洋（Lunar Magma Ocean，LMO）的年龄、岩浆分异的时间以及月球本身的形成等方面发挥着重要作用。

然而，随着研究的深入，“原始” 的定义却引发了越来越多的争议。传统上，识别原始样本主要依据其纹理、矿物含量和微量元素丰度等标准，但这些标准可能忽略了撞击改造带来的广泛影响。已有研究在长英质碎屑和铁斜长岩（ferroan anorthosite，FAN）碎屑中发现了冲击变质、成分差异、微量元素不均一以及年龄不一致等现象，这对这些样本的原始性提出了挑战。如果连这些看似原始的材料都有着复杂的历史，那么我们对月球早期发展的解释可能需要进行根本性的重新评估。

在此背景下，来自美国亚利桑那州立大学（Arizona State University）、罗切斯特大学（University of Rochester）和加利福尼亚大学洛杉矶分校（University of California Los Angeles）的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为我们理解月球的演化带来了新的视角。

研究人员采用了一种新颖的高分辨率地球化学和实验方法，即通过将锆石 Al 含量与母熔体成分联系起来，对月球样本进行严格评估。这一方法的关键在于利用实验建立起锆石中 Al 含量与月球熔体成分之间的关系，从而判断锆石与周围熔体是否处于化学平衡状态，以此探究这些样本是否真的代表原生火成岩。

在研究过程中，研究人员运用了多种关键技术方法。首先是样本筛选技术，他们从 11 个阿波罗任务采集的薄片样本中，根据锆石的大小和与玻璃的距离等标准，筛选出 14 颗锆石用于深入分析。其次，利用离子微探针（SIMS）技术对锆石进行 U-Pb 定年和 Al 等微量元素分析，同时运用电子探针微分析（EPMA）技术对玻璃成分进行测定。此外，还通过实验模拟月球条件下合成锆石，校准锆石 Al 含量与熔体成分的关系。

研究结果主要包括以下几个方面：

1. 实验设计和分析框架：研究人员识别出 196 颗月球锆石，最终确定 14 颗用于深度分析。通过实验，他们发现对于月球硅酸盐系统，需用(Al2O3)0.5/SiO2（Allzpm和Allglass ）这一参数来衡量锆石与熔体中 Al 含量的关系。在共生成的情况下，若锆石从母熔体中结晶，Allzpm和Allglass应呈正相关，且Allzpm/Allglass比值在 0.37 - 1.98 之间。
2. 月球碎屑中锆石 - 熔体不平衡：分析结果显示，锆石年龄范围为 4017 ± 12 至 4405 ± 22 Ma，Al 含量大多低于 20 ppm。计算得出的Allzpm范围为 0.005 ± 0.001 至 0.079 ± 0.008 。玻璃的Allglass范围为 0.25 ± 0.01 至 0.30 ± 0.01 。Allzpm与Allglass呈平坦至略微负相关，表明锆石和玻璃并非同源，冲击过程对其形成起到了重要作用。
3. 挑战长英质碎屑 14303 的原始性：以 14303 长英质碎屑为例，其锆石记录了多个岩浆事件和显著的冲击改造。如 Behemoth 锆石虽有～4.33 Ga 的一致年龄区域，但存在两种不同的母岩浆成分，且有～4.2 Ga 的冲击相关边缘。此外，该碎屑内玻璃成分与推断的锆石母岩浆成分无正相关，表明它是由岩浆和冲击过程共同形成的多晶角砾岩，并非原始火成岩。
4. 基质锆石记录的复杂冲击历史：73235 和 73217 角砾岩样本中的基质锆石显示出广泛的Allzpm值和年龄，表明它们在不同岩浆环境中结晶后被纳入角砾岩。这些锆石与周围相存在化学不平衡，其Allzpm/Allglass比值远低于平衡范围，说明它们并非从周围熔体中结晶，而是继承的晶粒，这进一步证明了月球角砾岩受到广泛的冲击改造。
5. 晶体完整性和 Al 的保存：通过电子背散射衍射（EBSD）分析发现，Tiger、Hexagon 和 Cracker 等锆石的晶体变形极小，其 Al 含量未受显著影响，可靠地反映了母岩浆的成分。即使像 14303,49 这样受冲击影响的样本，其锆石的 Al 含量也能代表母岩浆成分。

综合研究结果和讨论部分，该研究意义重大。它明确表明月球长英质碎屑和基质锆石周围均为冲击产生的熔体，这些材料中不存在原始火成岩的特征，冲击改造比之前认为的更为广泛。虽然锆石保留了原始 Al 成分，能为研究月球岩浆演化提供线索，但这也提示我们，传统上被认为是原始的非锆石岩石，如铁斜长岩（FANs），可能也受到冲击过程的显著影响。在新的月球探索时代，该研究强调了采用细致方法解读月球复杂地质历史的重要性，为未来研究指明了方向，即需要开发高分辨率地球化学工具，对月球样本进行更精准的分析，以准确重构月球的岩浆演化历史。