北京
▲嫦娥六號月壤研究揭示月表撞擊中的堿金屬原子冷凝新機制 （視頻由AI生成）
隕石高速撞擊月球表面，剎那間，數千度高溫讓月表巖石熔融氣化，濺射而出的微小液滴驟冷凝結，化作撞擊玻璃珠。它們如同時間膠囊，封存了撞擊瞬間的理化信息。
近日，中國科學院地球化學研究所團隊以嫦娥六號采集的月壤撞擊玻璃珠為研究對象，揭示了月球高速撞擊過程中鈉、鉀等堿金屬的原子冷凝機制，提出了高速撞擊形成短暫大氣的氧化-還原機理，為無大氣天體表面的物質循環研究提供了新視角。
研究發現，在撞擊產生的高溫（>2000 K）下，月表巖石蒸發形成硅酸鹽大氣，氧氣分子解離成氧原子并優先逃逸，導致大氣局部缺氧。這種環境使鈉、鉀以原子形式作用于玻璃液滴表面，并通過氧化還原反應在玻璃珠中留下了獨特的化學“指紋”——邊緣堿金屬富集、氧化亞鐵消耗、納米金屬單質鐵生成。
01
獨特的化學“指紋”
研究團隊在嫦娥六號月壤樣品中選出21顆撞擊玻璃珠并分為兩類。一類內部均勻致密，由完全熔融后快速淬火形成；另一類含有未熔融的礦物碎屑，熔融不充分。
其中，兩顆玻璃珠結構特殊，邊緣分布納米級金屬鐵顆粒，其成分屬于高地-月海混合型，與此前的嫦娥五號樣品成分不同，為驗證堿金屬行為普適性提供對照樣本。
▲兩顆撞擊玻璃珠背散射電子圖像，及沿三個徑向的電子探針微區成分剖面分析位置示意圖
此后團隊對兩顆玻璃珠開展中心到邊緣的高精度元素剖面分析，觀察到堿金屬從中心向邊緣富集，氧化亞鐵含量逐漸降低，邊緣出現大量納米級金屬鐵顆粒。
這種邊緣堿金屬富集-氧化亞鐵消耗-納米金屬鐵生成的特征，構成了完整的化學“指紋”，表明玻璃珠邊緣曾經歷特殊的氧化還原反應。
02
缺氧驅動原子冷凝
熱力學計算顯示，超高速撞擊可產生超過2000 K的瞬時高溫，使氧氣分子解離為氧原子。氧原子質量更輕，會優先逃逸到太空，導致蒸氣環境迅速缺氧。
正是這種缺氧環境，驅動了獨特的氧化還原反應：鈉、鉀原子把玻璃珠里的氧化亞鐵還原為金屬鐵，自身形成氧化物留在玻璃珠邊緣，再向內部遷移并形成濃度差異。同時，兩顆玻璃珠極速冷卻，這種特征被瞬間“定格”并保留至今。
值得注意的是，這一堿金屬蒸發凝聚行為與月球火山玻璃珠不同。月球火山玻璃珠形成溫度低、氧氣不解離，使堿金屬以氧化物形式冷凝，不會還原氧化亞鐵、生成金屬鐵，證實溫度是決定堿金屬元素在月表行為的關鍵。
▲嫦娥六號月壤研究揭示月表撞擊中的堿金屬原子冷凝新機制（圖片由AI生成）
團隊對比嫦娥六號和嫦娥五號帶回的玻璃珠發現，二者來源和成分差異顯著，但撞擊玻璃珠中卻有相同的化學“指紋”，由此證明鈉、鉀原子蒸氣凝聚不受母巖成分影響，是超高速撞擊固有的物理化學過程和月球表面普遍存在的機制，而且這種特征需要極速冷卻才能保留。
該研究深化了對月球表面揮發性元素行為的認識，也為其他無大氣天體的表面物質演化研究提供了理論支撐。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.119980
作者：李明洋、許英奎、朱丹
來源：中國科學院地球化學研究所
責任編輯：侯茜
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