自月球形成以来，小行星撞击是其最主要的外动力地质过程，塑造了遍布月表的撞击坑与盆地，显著改变了月表的形貌与化学组成。近日，我国科学家通过对嫦娥六号采集的月球背面样品的高精度钾同位素分析，揭示了大约42.5亿年前南极-艾特肯盆地撞击事件对月球演化的影响：这次撞击不仅砸出了月球上最大的坑，还导致月幔中等挥发性元素丢失。
中国科学院地质与地球物理研究所研究员田恒次说，大约在42.5亿年前，月球遭到了一次大撞击，形成了月球背面的南极-艾特肯盆地，简称为SPA。
田恒次：月球可能是45亿年前左右形成的，大概到42.5亿年前，这个时候月球的背面经受了一个非常大的撞击，这个撞击根据现在的数值模拟研究，应该是大概长度200~400公里的陨石，撞击了月球的背面，形成了现在月球南极-艾特肯盆地。
然而，这次的大型撞击事件是否以及如何影响月球深部，仍然不清楚。田恒次表示，根据此前的研究，这次撞击对月幔的影响停留在数值模拟阶段，缺乏直接的证据。
田恒次：这个撞击它可能没有那么大的能量能够穿透月壳，影响月幔。但是SPA作为月球上最大的撞击盆地，前人提出了一种观点说月球上的这个大的撞击盆地它不但撞了月壳，甚至对月幔也产生了一个非常明显的影响，这种巨大的冲击很可能会使月球的正面和背面产生成分的差异，还有它一些生热元素的差异，包括火山活动。但是这个工作一直停留在数值模拟的阶段。
嫦娥六号任务采集了月球最大的撞击盆地——南极-艾特肯盆地的样品，为研究南极-艾特肯大型撞击事件及其效应提供了关键样品。田恒次长期从事同位素的研究，这次为了搞清楚撞击事件对月幔的影响，他的团队将研究对象瞄准了钾元素和钾同位素。
田恒次：元素种类很多，有一些元素包括铁、镁这些元素特别稳定，在撞击的时候，它有可能会保持不变。还有一些元素就是中等挥发性的元素，包括钾、铜、锌。还有一种就是易挥发的元素，包括硫、氯等，这些元素更容易挥发。我们考虑到钾元素在玄武岩当中，在中等挥发性元素、挥发性元素里面，它的含量是最高的。所以在分析起来的时候，相对比其他元素，它的样品的消耗量会稍微低一点。
此外，中国科学院地质与地球物理研究所先进的仪器有利于得出高精度的钾同位素数值。高精度同位素分析能够通过测量同位素比值的微小变化，精准捕捉撞击事件留下的信息。其中，中等挥发性元素的同位素体系具有特殊的研究价值——这些元素在撞击产生的高温条件下易发生挥发与分馏，它们的同位素组成能够灵敏记录撞击过程中的温度、能量及物质来源信息，是揭示撞击规模、热历史及其对月壳和月幔物质改造的关键“同位素指纹”。
综合各方面考虑后选择的钾元素没有让团队失望。研究团队对毫克级嫦娥六号玄武岩单颗粒进行了高精度钾同位素分析。结果显示，与来自月球正面的阿波罗样品相比，嫦娥六号玄武岩具有更高的钾-41/钾-39比值。
田恒次：结果我们发现钾它真的是比阿波罗样品重0.16‰。那么，我们经过了多方面的分析，排查了宇宙射线的照射作用，还有撞击体的加入，以及岩浆过程等，发现这些过程它实际上并不能够解释嫦娥六号玄武岩的钾同位素为什么重。最后，我们认为所有的证据都指向很可能跟SPA的撞击有关。
团队在排除了其他可能的原因后，证实撞击事件改变了月幔的钾同位素组成，造成钾的亏损与同位素升高。在撞击产生的瞬时高温高压过程中，较轻的同位素（如钾-39）往往优先逃逸，导致残余物质中同位素比值升高。田恒次表示，团队还合理推测出，多种挥发分的丢失可能抑制了月球背面后期的火山活动。
田恒次：我们猜测比钾更容易挥发的那些元素，比如说氯、硫，它很可能也会发生丢失，这些元素叫易挥发的元素，这些元素如果在一个岩石里面的含量降低的话，这些岩石后期可能会比原来不丢的时候更难发生熔融，所以它后期岩浆的产生量应该会降低，也就是说，它的火山活动可能会有所下降。
这一发现为理解月球正背面不对称的地质演化历史提供了关键线索。田恒次表示，接下来，他们还将对其他元素进行高精度分析，以进一步佐证这一推测。
田恒次：如果这个说法成立的话，理论上应该在其他的挥发性元素要比钾更弱一点。更容易挥发的，比如说铜、锌，理论上它们的同位素也应该有一个更明显的变化，所以我们后面将对一些其他的挥发性元素进行高精度的同位素分析，以交叉来验证我们提出的这个假说。
另一方面，对于嫦娥六号带回的样品同位素的研究也将更加深入，来揭示SPA大撞击事件更多的奥秘。
田恒次：这些元素是在撞击的什么时候发生的丢失的？这些元素丢失的时候，一共持续了多长时间？丢失的时候是以什么样的相态来丢失的？比如说钾元素的丢失，是以单质钾的形式丢失的，还是以氧化钾、氯化钾等方式，我们现在还不清楚。所以这是我们后面要开展的研究工作，尽可能去恢复SPA盆地撞击时候的过程。
监制丨陈秉科
记者丨朱敏