SIMS Pb/Pb dating of Zr-rich minerals in lunar meteorites Miller Range 05035 and LaPaz Icefield 02224:Implications for the petrogenesis of mare basalt

Miller Range (MIL) 05035 and LaPaz Icefield (LAP) 02224 are unbrecciated lunar basalt meteorites. In this report, we studied their petrography and mineralogy and made in situ uranogenic Pb/Pb dating of Zr-rich minerals. Petrography and mineralogy of these two lunar meteorites are consistent with previous investigations. The zirconolite Pb/Pb age of MIL 05035 is 3851±8 Ma (2σ), in excellent agreement with previous reports. This age suggests that MIL 05035 could be paired with Asuka 881757, a low-Ti mare basalt meteorite. The magmatic event related to MIL 05035 was probably due to the late heavy impact bom- bardment on the moon around 3.9 Ga. One baddeleyite grain in LAP 02224 shows a large variation of Pb/Pb age, from 3109±29 to 3547±21 Ma (2σ), much older than the whole-rock age of the same meteorite (~3.02±0.03 Ga). The other baddeleyite grain in LAP 02224 has an age of 3005±17 Ma (2σ). The result indicates that the minimum crystallization age of LAP 02224 is ~3.55 Ga and the younger ages could reflect late thermal disturbance on U-Pb system.

月球某些资源的开发利用前景

21世纪月球探测的主要趋势是建立月球基地 ,开发利用月球的矿产资源、能源和特殊环境 ,为人类社会的可持续发展发挥长期而有效的支撑作用 .通过对月海玄武岩中的钛铁矿、克里普岩中的U、Th、REE和月壤中的氦 -3在月面的含量与分布的系统分析 ,月海玄武岩中蕴藏有极丰富的钛铁矿 ,TiO2 总资源量超过 70万亿t,钛铁矿还是月球基地生产水和火箭燃料的主要原料 ;克里普岩是未来月球探测与研究的热点之一 ,其蕴藏有巨量的铀、钍、钾、磷和稀土元素资源 ;月壤长期受到太阳风的照射 ,使其蕴藏有极其丰富的氢、氦、氧、氮等气体资源 ,其中氦 -3的资源量大于 10 0万t,它是一种可供人类社会长期使用的、安全、清洁、高效、廉价的核聚变发电燃料 ,其含量与月壤的化学成分、矿物组分、颗粒大小等有密切的关系 .

月海玄武岩与月球演化

月海玄武岩主要产于月球近边的盆地中,覆盖面积为月球表面的1%,其形成年龄多在39～31亿年之间,是各类月岩中最年轻的。与地球玄武岩相似,月海玄武岩由斜长石、辉石和橄榄石组成,但它们比地球玄武岩具有更低的Mg#、Al2O3、K和Na含量,高的FeO含量(大于16%)和变化范围大的TiO2含量(小于1%到大于13%)。根据TiO2含量的变化,月海玄武岩分成高Ti(>6%),低Ti(1.5%<TiO2<6%)以及极低Ti(<1.5%)三类。所有月海玄武岩都具有Eu负异常,并亏损挥发性元素和亲铁元素。月海玄武岩的同位素特征指示其至少为三个组分混合的产物:(1)高238U/204Pb、高87Sr/86Sr和负εNd组分,可能是岩浆海分异的残余岩浆即KREEP;(2)低238U/204Pb、低87Sr/86Sr和正εNd组分,来源于原始月幔,其熔融产物为低Ti玄武岩;(3)中等87Sr/86Sr和εNd组分,位于月幔的顶部,经历了岩浆海(洋)过程中形成的堆晶物质的再熔融,还可能受到了陨击事件的影响,其熔融产物是高Ti玄武岩。月海玄武岩的元素和同位素地球化学性质支持岩浆海的假说,其源区的形成与岩浆海的分异密切相关,并经历了三个阶段:(a)岩浆海阶段,通过岩浆海的结晶分异形成顶部为斜长岩月壳,中间为高Ti、富钛铁矿层,底部为巨厚的硅酸盐低Ti层的三层壳幔结构;(b)富钛铁矿堆晶岩(携带少量残余熔体)因密度大而下沉至下部的硅酸盐月幔(400km以下);(c)月幔中这些不同源区的岩石发生减压熔融。早期由较浅的低熔点组分熔融形成低K高Ti玄武岩,之后形成来源较深的高Ti玄武岩和低Ti玄武岩。

Apollo-17月海玄武岩样品的仪器和放射化学多元素中子活化分析

本文利用仪器和放射化学组分离的方法,在62.10mg Apollo-17月海玄武岩样品中,测定了36种元素的含量。仪器中子活化分析共测定了Al,V,Ti,Ca,Dy,Mn,Eu。Na,Sm,La,Ho,Lu,Yb,Tb,Hf,Cr,Fe,Co,Sc等19种元素。用42.10mg样品,在堆中子通量为2×10^(13)n/cm^2·s处辐照40h。冷却12h后,用混合酸溶解样品,通过HAP-717树脂组成的串联柱,再用TTA和铜铁试剂—氯仿萃取,最后通过50％和10％的HDEHP萃取色谱柱,将36种元素分成12组,又测定了Pr,Er,Gd,Nd,Ce,Tm,Cs,Rb,Sb,Zn,Zr,Sr,Ba,Ga、Ta,U和Th等17种元素。γ能谱的测量和数据处理是在具有高效率(30％)、高分辨率(1.9keV)Ge(Li)探测器的SCORPIO—3000系统上进行的。我们的测定结果,对主量和微量元素,尤其是镧系元素的含量与报道的Apollo—17月海玄武岩数值范围相符合。

月球富钛玄武岩喷发对月球生热元素丰度的约束

近几十年来,对月球的遥感观测以及对月岩样品的分析揭示了月海玄武岩、镁铁质月球玻璃等的时间和空间分布特征,其被认为与月幔的热化学演化密切相关,并且引出了许多解释模型.本文考虑月球结晶末期在上部形成的致密的钛铁矿层和下部的月幔,由于密度原因钛铁矿层发生倒转,之后受热上涌产生玄武质岩浆等的演化过程,从热化学演化的角度为月海玄武岩、月球玻璃等的形成提供了一种可能的机制.然而,上述演化过程时间尺度和形态结果很大程度上是由月球内部生热决定的.我们使用包括月核演化的三维月幔对流模型来研究不同生热元素丰度对月幔倒转和之后火山喷发的影响效果,我们的模型揭示了不同的内部生热将会保持相似的演化模式,但会改变热化学演化的时间,同时结果表明,在月幔参考黏度为1×10^(21) Pa·s的情况下,在3.9 Ga集中喷发月海玄武岩要求月球的生热元素丰度至少与地球相当.

嫦娥五号着陆区的成分特征与遥感地质研究

嫦娥五号任务从月球风暴洋北部地区成功返回了1731 g月壤样品,这些样品为研究月球年轻玄武岩的成因和演化提供了重要的样本.本文利用多源月球遥感探测数据结合嫦娥五号样品研究结果,从光谱学和矿物学角度研究了嫦娥五号着陆区年轻玄武岩的演化过程.嫦娥五号着陆区主要包含雨海纪极低钛到低钛玄武岩和爱拉托逊纪中钛玄武岩,遥感光谱学分析表明年轻玄武岩表现出明显的1μm吸收特征,可能存在橄榄石的富集.然而,返回的嫦娥五号月球样品研究揭示年轻玄武岩中橄榄石的含量并不高,我们推测年轻玄武岩遥感光谱上的1μm强吸收特征可能是富铁辉石、富铁玻璃、空间风化作用和铁橄榄石共同作用的结果.综合已有的样品研究和本文的遥感地质研究,嫦娥五号玄武岩源于高度演化的月球晚期岩浆活动,其源区可能位于富单斜辉石的浅层月幔.

嫦娥五号玄武岩低Ni-Co橄榄石揭秘月球年轻火山成因

对嫦娥五号月球样品研究显示,月球直到20亿年前仍存在岩浆活动.这不仅刷新了人类对月球岩浆活动和热演化历史的认知,也提出了新的科学问题:月球火山活动为什么持续如此之久?本工作对嫦娥五号玄武岩进行橄榄石微量元素研究,发现与阿波罗低钛玄武岩相比,嫦娥五号玄武岩的橄榄石Ni和Co含量较低.结合一系列岩浆结晶模拟,恢复了嫦娥五号和阿波罗玄武岩的初始岩浆Ni和Co含量,揭示嫦娥五号玄武岩的源区含有更多低镁、富铁的岩浆洋晚期堆晶体,它们加入会降低月幔熔点,进而抑制Ni和Co在月幔熔融过程中进入熔体.本研究表明,尽管月球内部在持续缓慢冷却,但岩浆洋晚期堆晶体翻转引起的月幔混合作用可以有效降低月幔源区的熔点,抵消月幔逐渐缓慢变冷的大趋势,引发长期持续的月球火山作用.