記者從中國科大獲悉，該校地球和空間科學(xué)學(xué)院黃方教授團隊建立了高精度的銅-鋅同位素分析方法，在此基礎(chǔ)上與國外同行合作，通過高溫高壓實驗巖石學(xué)，精確地測定了硅酸鹽熔體和金屬熔體之間的銅和鋅同位素平衡分餾系數(shù)，及其制約月核的成分和形成過程。研究成果日前發(fā)表在國際地球化學(xué)重要刊物《地球化學(xué)遠景通訊》(Geochemical Perspective Letters)上。
大碰撞假說認為，月球形成于一個火星大小的行星和原始地球在45億年前發(fā)生的大碰撞。碰撞后的物質(zhì)飛濺到太空，在月球軌道聚集增生，形成炙熱熔融的月球巖漿洋，之后從中分異出月核、月幔和月殼的結(jié)構(gòu)。大碰撞事件深刻地改變了地月系統(tǒng)的行星環(huán)境和化學(xué)組成，是地月系統(tǒng)經(jīng)歷的最重要行星事件。一般認為，大碰撞時的揮發(fā)作用會改變月球的元素和同位素組成，但是對于月球圈層分異、特別是月核形成過程還知之甚少，主要原因是缺乏對元素和同位素地球化學(xué)行為的了解。
銅(Cu)和鋅(Zn)既是揮發(fā)性元素，它們可以制約碰撞過程中的揮發(fā)效應(yīng);又是親鐵-親硫元素，也可以制約核幔分異過程。因此可用來探討月核分異對于月球化學(xué)組成的影響。
研究發(fā)現(xiàn)，含硫的金屬熔體相對硅酸鹽熔體顯著富集輕的銅和鋅同位素，而不含硫的金屬熔體和硅酸鹽熔體之間的分餾較小。這個結(jié)果很好的解釋了地球和月球之間金屬穩(wěn)定同位素組成的差別。月、地之間較大的鋅同位素分餾明顯反映了揮發(fā)過程的影響;雖然銅的揮發(fā)性比鉀和鈣要弱，但是月、地之間的銅同位素組成差異要比鉀和鈣同位素要大。這可能是因為月球的銅同位素組成不僅受到大碰撞時揮發(fā)作用的控制，也會受到月核形成時含硫金屬熔體從月球巖漿洋分離的影響;而鉀和鈣不進入月核，因此不受月核形成的影響。
這一研究對于理解月球的揮發(fā)分組成、月核冷凝以及月球磁場的維持、地月之間晚期加積都有重要意義。(記者 吳長鋒)
關(guān)鍵詞： 月核形成過程
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