月球形成初期曾經歷劇烈的小天體撞擊事件，其表面廣泛分布的巨型撞擊盆地（直徑超過300公里）是最直觀的地質記錄。這些巨型撞擊盆地集中形成的時期被稱為月球晚期重轟擊（Late Heavy Bombardment，LHB），其本質反映了月球撞擊通量的變化。關于LHB期間月球撞擊通量的變化，學術界長期存在兩種對立的觀點：1、撞擊通量自月球形成后呈現(xiàn)持續(xù)緩慢下降的趨勢； 2、撞擊通量在距今約38–40億年內突然升高。導致這一爭議的主要原因是月球的大多數(shù)撞擊盆地缺乏精確的放射性同位素年齡的約束。嫦娥六號采樣點所在的阿波羅（Apollo）盆地直徑約540公里，作為月球南極-艾特肯（SPA）盆地內最大的次級撞擊構造，其形成年齡可能標志著LHB的啟動時間。因此，精確測定該盆地的形成年齡成為破解LHB之謎的關鍵。
圖1 嫦娥六號月壤中識別出的三顆KREEP巖屑
撞擊熔融巖石（impact melt rock）是月球巖石遭受撞擊時產生的高溫熔體冷卻結晶而形成的一類特殊月球巖石，被視為記錄月球撞擊歷史最理想的“地質時鐘”。通過對這類巖石的精細年代學研究，有望獲得Apollo盆地的形成時代。中國科學院廣州地球化學研究所月球樣品研究小組陳景有博士后、張樂高級工程師等在徐義剛院士指導下，聯(lián)合大灣區(qū)研究團隊（中山大學肖智勇教授和香港大學錢煜奇博士）以及國外合作者，從3.5 g嫦娥六號月壤樣中識別出三顆撞擊熔融巖屑（圖1）。這些巖石碎屑(150-350微米）具細粒嵌晶-斑狀結構、高Co/Ni（11.2–14.6）鐵鎳金屬以及礦物組合不一致的冷卻速率等特征，且顯著富集不相容元素（圖2a-c），其Sr同位素符合KREEP（泛指富集鉀元素、稀土元素，磷元素及其他不相容元素組分的月球巖石）巖石演化的特征（圖2d）。因此本次發(fā)現(xiàn)的這三顆巖屑為富KREEP撞擊熔融巖石。
圖2 三顆撞擊熔融巖屑的微量元素成分以及Sr同位素組成。?
研究團隊利用離子探針技術分析了兩顆巖屑中的含鋯礦物、磷酸鹽礦物以及其他硅酸鹽礦物，得到了具有非常一致的Pb-Pb年齡，分別為4164±7 Ma和 4184±40 Ma，平均加權年齡為41.6 億年，很可能對應于一次大規(guī)模撞擊事件的發(fā)生時間。
圖3 ?最左側Pb-Pb等時線年齡。
考慮到嫦娥六號采樣點位于南極-艾特肯（SPA）盆地中的阿波羅盆地內，上述獲得的撞擊年齡最有可能記錄的是SPA或者阿波羅盆地的形成時代。然而現(xiàn)有的樣品分析和撞擊坑統(tǒng)計研究表明，SPA盆地的形成年齡早于42億年前。因此，本研究分析的較年輕的撞擊熔體碎屑（~4.16 Ga）最有可能記錄的是阿波羅盆地的形成年齡。三顆巖屑的KREEP特征指示它們是阿波羅撞擊盆地形成的產物。SPA撞擊盆地內部的KREEP物質被認為有三種可能的來源：1、雨海盆地撞擊對跖點濺射；2、SPA撞擊事件本身挖掘出的深部月球巖漿洋殘余物（urKREEP）；3、SPA撞擊熔融池的分異產物。本研究獲得的撞擊年齡（4.16 Ga）顯著老于雨海盆地的年齡（~3.9 Ga），并年輕于預計的SPA年齡，因而排除了第一和第二種來源。熱化學模型的結果顯示SPA撞擊熔融池可能經歷了類似月球巖漿洋的結晶過程，導致晚期分異殘余物具有類似KREEP地球化學特征。地形地貌觀測表明，在阿波羅盆地形成以前，部分SPA撞擊熔融池分異的KREEP物質已分布在Apollo盆地區(qū)域（圖4a）。因此，在阿波羅盆地形成時，該區(qū)域之前分布的KREEP物質將無可避免地被改造，形成新的具有KREEP屬性的撞擊熔體。最后，由Chaffee S撞擊事件將阿波羅撞擊產生的富KREEP巖石輸送至嫦娥六號著陸區(qū)（圖4b）。
圖4 嫦娥六號月壤樣品中富KREEP撞擊熔融巖石成因模式圖。
綜合遙感數(shù)據(jù)、地球化學數(shù)據(jù)、巖石學特征和著陸區(qū)地質背景等多方面的信息，本項工作證實了阿波羅盆地形成于距今約41.6億年前，這一發(fā)現(xiàn)對于理解太陽系晚期重轟擊（LHB）事件具有兩點新的指示意義。第一，基于撞擊坑頻率統(tǒng)計的結果表明，阿波羅盆地的形成年齡略晚于酒海（Nectaris）盆地的形成年齡（圖5）。由于酒海盆地常被用作LHB事件的起始標志，這一結果將LHB的起始時間進一步約束至早于41.6億年。第二，撞擊通量的分析揭示LHB期間撞擊通量呈緩慢衰減，不支持災變式（38-40億年間撞擊通量激增）的LHB。
圖5 晚期重轟擊（LHB）期間月球撞擊通量的變化模式圖
項目資助：本工作得到了中國科學院、中國科學院廣州地球化學研究所月球研究項目和中國科學院與香港地區(qū)“化學地球動力學聯(lián)合實驗室”等的資助。
論文信息：
中國科學院廣州地球化學研究所徐義剛院士研究團隊，聯(lián)合粵港澳大灣區(qū)科研力量（中山大學、香港大學）及國際合作學者（英國曼徹斯特大學、美國布朗大學和圣母大學），通過對嫦娥六號返回樣品中撞擊熔融巖屑的系統(tǒng)分析，成功確定了嫦娥六號采樣點所在的阿波羅盆地形成于距今約41.6億年前，為揭示太陽系早期撞擊歷史提供了關鍵的時間錨點。
研究成果以“KREEP-like lithologies in the South Pole-Aitken basin reworked by the Apollo basin impact at 4.16 Ga”為題，于北京時間2025年8月20日星在線發(fā)表于Nature Astronomy。
論文共同第一作者為中國科學院廣州地球化學研究所陳景有博士后和張樂高級工程師，通訊作者為徐義剛院士。
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