AI視頻 | 月球水從哪來？一顆鋯石記錄“外源撞擊”送水之謎

▲月球演化早期外源撞擊體為月球內(nèi)部投送了豐富的水（視頻由AI生成）

月球，這個曾長期被認為極度干燥的星球，近20年來已經(jīng)被證明內(nèi)部含有一定量的水。然而，這些月球水的來源究竟是月球誕生時與生俱來的“內(nèi)生水”，還是后期天體撞擊帶來的“外源水”？這成為了當今行星科學研究中一個備受爭議的謎題。

近期，中國科學院廣州地球化學研究所等科研團隊，通過對一顆古老月球鋯石的深度剖析，揭開了早期月球內(nèi)部水源的神秘面紗，為“外源撞擊”送水機制提供了關(guān)鍵證據(jù)。

▲圖片由AI生成

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鎖定月球“時間膠囊”

在以往關(guān)于月球水來源的研究中，科學家們多依賴于磷灰石、火山玻璃和熔體包裹體等物質(zhì)。但是，這些載體極易受到后期太陽風注入、宇宙射線散裂或地球環(huán)境蝕變等過程的改造，導致科學家難以準確追溯最原始的水源信息。

相比之下，鋯石憑借其卓越的物理化學穩(wěn)定性，能夠有效抵抗后期的種種擾動，成為保存原始巖漿水信息的理想“時間膠囊”。

研究團隊利用二次離子質(zhì)譜儀（SIMS），將目光鎖定在了月球隕石NWA10049中一顆極其珍貴、形成于距今43.8億年前（4.38Ga）的鋯石上，對其進行了水含量、氫同位素、氧同位素及微量元素的全方位綜合分析。

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揪出月球水“真兇”

這顆月球鋯石在顯微結(jié)構(gòu)和地球化學特征上，呈現(xiàn)出非常顯著的“核-邊分帶性”。其中，核部晶體形態(tài)相對完整，微量元素含量較高，具有相對均一的水含量（735至1164ppm）和極高的氫同位素組成（δD為+1320‰至+1882‰）；邊部顯微結(jié)構(gòu)復雜，微量元素含量比核部更低，展現(xiàn)出明顯的水含量（879至4268ppm）與δD（+1879‰至+250‰）負相關(guān)趨勢。

▲NWA10049鋯石的巖石學特征

這些異常極端的氫同位素值，究竟是儀器誤差、陸地混染，還是太空風化所致？團隊通過大量對比分析發(fā)現(xiàn)，鋯石中水的同位素信號，與同一樣品中橄欖石、輝石等易受后期改造礦物的水同位素信號存在顯著差異，從而確切排除了陸地混染、太空風化等所有次生干擾因素。

研究證明，這種特殊的化學組成和同位素特征，無法用常規(guī)的巖漿去氣模型解釋。團隊推斷，這顆鋯石核部與邊部的巨大差異反映了一個兩階段的“巖漿混合過程”。其異常的氫同位素和水含量特征，正是外源天體撞擊對月球內(nèi)部水顯著貢獻的關(guān)鍵鐵證。

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還原“送水”大撞擊

研究團隊根據(jù)該鋯石所獲得的數(shù)據(jù)，成功還原了一個天體撞擊誘發(fā)月球內(nèi)部不均一巖漿系統(tǒng)的動力學演化模型：月球內(nèi)部原本是一片相對較“干”的“巖漿洋”，一個富含水且?guī)в刑厥狻八讣y”（不均一氫同位素組成）的外來天體撞擊進入這片巖漿，隨后兩者發(fā)生了強烈的混合交融。該混合過程可劃分為兩個階段。

第一階段，初始混合與核部結(jié)晶。貧水的月球內(nèi)生巖漿與具有高δD特征的外源撞擊熔體發(fā)生初始混合，形成具有高δD同位素特征的富水混合巖漿，經(jīng)過進一步分異演化后鋯石核部結(jié)晶。

第二階段，局部再混合與邊部生長。第一階段結(jié)晶的鋯石核隨著巖漿對流的進行，進入了性質(zhì)不同的、更富水且δD相對較低（如球粒隕石端元）的外源巖漿組分之中，進一步生長形成了鋯石的邊部。

這一重大發(fā)現(xiàn)為月球早期（約4.38Ga之前）受到富含重氫的外源物質(zhì)（如彗星或富水小行星）的實質(zhì)性貢獻，提供了可靠的微觀證據(jù)，清晰地揭示了大型撞擊事件是早期月球獲取外源水的重要輸送機制。

研究對理解地月系統(tǒng)早期的物質(zhì)增生歷史，乃至探尋地球自身水的神秘起源，都具有重要的指示意義，也凸顯了鋯石水分析在未來行星科學和深空探測研究中的廣闊應用前景。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.119952

作者：王勇 夏小平 徐健

來源：中國科學院廣州地球化學研究所

責任編輯：曹旸