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嫦娥五號月壤磁學(xué)性質(zhì)揭示其不成熟特征

來源：時間：2023-12-14 11:27:44 瀏覽：1672次

圖1. 嫦娥五號著陸點及嫦娥五號月壤電子順磁共振波譜儀、穆斯堡爾譜儀數(shù)據(jù)

嫦娥五號月海玄武巖形成于迄今約20億年前，是人類目前為止采集的最年輕月海玄武巖（圖1）。目前已有多個研究對嫦娥五號月壤的成熟度特性進行了研究（Li et al., 2022; Wu et al., 2022; Lu et al., 2023），但對其是否成熟卻沒有一致結(jié)論。其中最主要的原因可能是目前并沒有任何對嫦娥五號月壤的磁學(xué)研究。亞微觀金屬鐵是空間風(fēng)化的主要產(chǎn)物，具磁性，因而可以通過實驗室磁學(xué)手段進行表征，包括電子順磁共振波譜儀、穆斯堡爾譜儀和振動樣品磁力計等（圖2、圖3）。通過這些方法獲得的磁學(xué)性質(zhì)，尤其是Is/FeO值是判斷月壤成熟度的關(guān)鍵指標。

圖2. 嫦娥五號月壤振動樣品磁力計數(shù)據(jù)（磁滯回線、Day-Dunlop圖和一階反轉(zhuǎn)曲線）

通過電子順磁共振波譜儀、穆斯堡爾譜儀和振動樣品磁力計等對嫦娥五號月壤CE5C0600、CE5Z0204YJ和CE5Z0906YJ和其中挑選的14個玄武巖顆粒的測試，本研究發(fā)現(xiàn)嫦娥五號月壤中含有約0.42-0.43 wt%的亞微觀金屬鐵，主要為空間風(fēng)化成因。玄武巖顆粒中亞微觀金屬鐵的含量集中在0.08-0.10 wt%之間，主要為巖漿成因，反應(yīng)了嫦娥五號玄武巖的均一性，可能形成于同一期噴發(fā)事件。嫦娥五號月壤雖然具有所有月壤中最高的FeO含量，但是其亞微觀金屬鐵含量卻并不高，兩者之間沒有直接聯(lián)系(圖3)。除此之外，根據(jù)Day-Dunlop圖和一階反轉(zhuǎn)曲線，顯示嫦娥五號月壤較玄武巖顆粒具有更細的磁疇，具假單疇特征。

圖3. 月壤亞微觀金屬鐵（Fe0）和FeO含量并無直接聯(lián)系。月壤Is/FeO和Fe0/FeO具線性關(guān)系

Is/FeO值是衡量月壤是否成熟的關(guān)鍵指標。前人雖然通過輻射傳輸方法對其進行了限定，但相關(guān)方法精度較低，應(yīng)用過程中需要做大量假設(shè)。由于缺乏標樣（已知Is/FeO值的阿波羅樣品），目前國內(nèi)無法直接測定月壤的Is/FeO值。本研究發(fā)現(xiàn)月壤的Fe0/FeO和Is/FeO值具有強相關(guān)性（R=0.89；圖3），并提出根據(jù)其線性關(guān)系可以由實驗室通過振動樣品磁力計或穆斯堡爾譜儀測定的Fe0值，由化學(xué)方法或XRF測定的FeO含量反推Is/FeO指標。

圖4. 月壤Is/FeO值與凝結(jié)集塊巖含量和Ni含量的關(guān)系。

據(jù)此，本研究得到嫦娥五號樣品的Is/FeO值為14+6/-10。這是首次由實驗室磁學(xué)測試得到嫦娥五號月壤的成熟度指標，反映嫦娥五號月壤是目前為止采回的最不成熟的月壤之一（圖3右），與其最為年輕的年齡相一致。同時，團隊比較了嫦娥五號月壤的Is/FeO值與其中凝結(jié)集塊巖含量、Ni含量等指標，發(fā)現(xiàn)計算得到的Is/FeO值都落于擬合線上，驗證了該計算結(jié)果的可靠性（圖4）。

文章來源：行星科學(xué)

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