月球背面硫同位素揭示巨型撞击后的全球性挥发分丢失——嫦娥六号玄武岩研究新突破

针对月球挥发分分布不均及同位素偏重成因的争议，中国地质大学(武汉)等单位研究人员通过嫦娥六号(CE-6)月球背面玄武岩样品，首次系统分析了硫含量(1800±400μg/g)和δ34S值(0.83±0.16‰)，发现其与近月面样品同位素组成高度一致，证实月球内部硫同位素全球均一性(~2‰重于地幔)，为月球形成时巨型撞击导致的全球性挥发分丢失提供了关键证据。该成果发表于《Nature Communications》。

　　

月球作为地球唯一的天然卫星，其形成演化过程始终是行星科学的核心谜题。当前主流理论认为，约45亿年前一颗火星大小的天体(Theia)与原始地球相撞，抛射出的物质形成了月球。这一"大碰撞说"虽能解释地月系统角动量等特征，却面临两个关键矛盾：一是月球极度贫乏挥发性元素(如硫、锌、钾)，二是其同位素组成(如δ³⁴S、δ⁶⁶Zn)普遍比地球偏重1-2‰。更复杂的是，月球近背面存在显著的挥发分分布差异——近月面风暴洋克里普地体(PKT)富含不相容元素，而远月面南极-艾肯盆地(SPA)则极度贫乏。这种空间异质性究竟反映原始月球形成时的全球性挥发分丢失，还是后期岩浆演化导致的局部改造？这个根本问题长期悬而未决。

中国地质大学(武汉)联合中科院地质地球所等机构的研究团队，通过分析嫦娥六号(CE-6)从月球背面阿波罗盆地采集的玄武岩样品，取得突破性发现。研究显示这些28亿年前喷发的低钛玄武岩具有均一的硫同位素组成(δ³⁴S=0.83±0.16‰)，与近月面样品及月球陨石数据完全吻合，首次证实月球内部硫同位素具有全球均一性，且比地幔(BSE)重约2‰。这一发现支持月球挥发分特征主要源自形成初期的全球性丢失事件，而非后期局部过程。相关成果发表于《Nature Communications》。

关键技术方法包括：(1)采用TESCAN综合矿物分析仪(TIMA)定量测定玄武岩中陨硫铁(troilite)体积分数(0.31±0.07%)；(2)激光剥蚀多接收电感耦合等离子体质谱(LA-MC-ICP-MS)进行8μm微区硫同位素分析，外部精度达±0.50‰(2SD)；(3)电子探针(EMPA)测定共生矿物主量元素组成；(4)基于CE-6玄武岩(1800±400μg/g S)和月球陨石NWA 14526(260±130μg/g)等样品的对比分析。

结果部分核心发现：

Petrography(岩相学)
CE-6低钛玄武岩具辉绿结构，主要含单斜辉石(Cpx)、斜长石(Pl)、钛铁矿(Ilm)及少量陨硫铁(FeS)。陨硫铁多与晚期结晶矿物(低镁Cpx、Ap等)伴生，呈20μm以下颗粒分布。非月海岩屑(苏长岩质斜长岩和斜长苏长岩)中硫化物更细小(<10μm)，部分存在于斜长石晶内。

Composition of CE-6 troilites(陨硫铁成分)
陨硫铁主要成分为FeS，含微量Co(0.02-0.11 wt%)、Ni(<0.04 wt%)和Cu(<0.05 wt%)。角砾岩中部分陨硫铁出现异常高Ni(7070-36190μg/g)，可能反映微陨石污染。

Sulfur isotopes of CE-6 troilites(硫同位素)
17个玄武岩陨硫铁分析显示δ³⁴S_V-CDT平均0.83±0.16‰(2SE)，与近月面玄武岩(0.6±0.3‰)一致。两个非月海岩屑δ³⁴S分别为1.14±0.60‰和0.94±0.62‰，角砾岩均值略高(1.24±0.31‰)。

Origin and sulfur isotopes of the troilite(陨硫铁成因)
计算显示CE-6岩浆硫化物不饱和度(SCSS>2600μg/g)高于实测硫含量，铜(Cu)的不相容行为进一步排除早期硫化物分离结晶可能。模拟表明喷发过程中硫损失<10%，同位素分馏可忽略。

Sulfur isotopic composition of the farside mantle and crust(远月面地幔与地壳硫同位素)
CE-6玄武岩(代表亏损地幔源区)与非月海岩屑(可能源自SPA撞击熔体或深部镁质岩套)δ³⁴S高度一致，证实远月面不同深度源区均保持硫同位素均一性。

A global evaporation signature inherited from the giant impact(巨型撞击的全球蒸发印记)
尽管月幔硫含量(S/Dy比)和μ值(²³⁸U/²⁰⁴Pb)存在显著空间异质性，但全月δ³⁴S组成保持一致。核幔分馏(<0.05‰)和晚期增生(<10%硫输入)均无法解释2‰的地月差异，最可能机制是月球形成时撞击蒸发导致20-75%硫丢失。

这项研究通过嫦娥六号样品首次证实月球硫同位素的全球均一性，为"大碰撞说"提供了关键挥发分证据。其重要意义在于：(1)排除局部岩浆过程(如PKT区去气)对月球硫循环的主导影响；(2)证实巨型撞击引发的全球性挥发分丢失是月球同位素偏重的根本原因；(3)为理解地月系统物质分配和行星形成过程提供了新约束。未来对更多远月面样品的分析将进一步验证这一模型，并揭示撞击蒸发与后期岩浆活动对月球挥发分演化的相对贡献。