月球原始地壳形成与交代作用中卤素丰度的关键证据：来自矿物-熔体分配实验与嫦娥六号样本的启示

本研究通过高温高压实验测定Cl在斜长石、斜方辉石与熔体间的分配系数，结合月球地壳样本的F/Cl比值分析，揭示了月球近侧地壳普遍存在Cl异常富集现象，并提出金属氯化物交代作用是主要成因。研究发现非KREEP镁质岩套母岩浆具有低F/Cl比值(~1.5)，表明其源区至少含有2%的月球岩浆洋(LMO)残余熔体。该成果为理解月球挥发分演化提供了新约束，并为嫦娥六号远侧样本分析提供了理论框架。

　　

月球作为地球唯一的天然卫星，其地壳形成过程一直是行星科学研究的核心问题。尽管早期认为月球完全"干涸"，但近年研究发现其内部仍存在水、氟(F)、氯(Cl)等挥发分。这些挥发分如同月球的"化学指纹"，记录着月球岩浆洋(Lunar Magma Ocean, LMO)结晶和地壳演化的关键信息。然而，科学家们面临两大谜团：一是月球近侧地壳为何普遍存在Cl异常富集现象；二是镁质岩套(Mg-suite)岩石的母岩浆源区性质仍存争议。

针对这些问题，中国科学院地质与地球物理研究所联合荷兰阿姆斯特丹自由大学等机构的研究团队在《Nature Communications》发表重要成果。研究人员通过创新性的高温高压实验，首次系统测定了Cl在斜长石-斜方辉石-熔体间的分配系数，并结合月球样本的卤素分析数据，揭示了月球地壳演化过程中挥发分的迁移规律。研究发现不仅解决了长期存在的"月球Cl异常"争议，还为理解月球早期岩浆活动提供了新的理论框架。

研究采用三大关键技术方法：(1)在0.5-1GPa和1120-1240℃条件下开展矿物-熔体平衡实验，模拟月球地壳形成环境；(2)利用电子探针(EPMA)精确测定实验产物中Cl含量，检测限达28μg/g；(3)结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)和拉曼光谱联用技术，量化实验玻璃中的H₂O含量。研究还整合了阿波罗计划样本和月球陨石NWA 5744、10140的已有数据。

实验结果
矿物-熔体分配系数测定
实验获得斜方辉石-熔体Cl分配系数(D_Cl^Opx/melt)平均值为0.0019±0.0006，斜长石-熔体分配系数(D_Cl^Plag/melt)为0.0024±0.0006。这些数据表明Cl在月球条件下表现为强不相容元素，且分配系数不受压力、温度或含水量(0.2-1.0 wt.% H₂O)的显著影响。

近侧地壳Cl异常
分析显示近侧高地样品普遍存在Cl富集与F/Cl比值异常降低现象。例如，斜长石中Cl含量(1.3μg/g)比共生的斜方辉石(0.15μg/g)高8倍，推算的母岩浆F/Cl比值相差23倍。这种异常无法用结晶分异解释，表明存在后期金属氯化物气相交代作用。

非KREEP镁质岩套成因
远离KREEP区域的镁质岩套(如NWA 5744陨石)斜长石记录到母岩浆F/Cl比值为1.51±0.72，与KREEP组分(0.5-4.4)相似。蒙特卡洛模拟表明，这种特征需要源区含有≥2%的LMO残余熔体(Trapped Instantaneous Residual Liquid, TIRL)。

讨论与意义
研究首次证实月球近侧地壳的Cl异常富集是区域性交代作用的结果，而非原始岩浆特征。这一发现合理解释了阿波罗样本中普遍存在的Cl同位素异常现象。更重要的是，研究建立了镁质岩套岩石形成的新模型：即使不含KREEP组分，只要源区混入少量(2%)LMO残余熔体，即可产生观测到的低F/Cl比值岩浆。

该成果为嫦娥六号远侧样本分析提供了重要参照：若远侧样本未显示Cl异常，将证实交代作用主要局限于近侧风暴洋克里普地体(Procellarum KREEP Terrane)；若发现类似特征，则需重新评估月球早期挥发分循环的全球性影响。研究建立的矿物-熔体分配系数数据集，将成为未来月球挥发分研究的基准参数。

这项研究通过创新的实验行星学方法，将微观矿物化学与宏观月球演化理论完美结合，为理解地外天体地壳形成机制树立了典范。正如通讯作者Wim van Westrenen教授强调的："月球卤素就像埋藏在岩石中的密码，我们终于找到了破译它们的关键钥匙。"