嫦娥五号公布最新成果，月球“多活”了至少十亿年( 二 )

衰变定律告诉我们：每一个时间节点（t）都严格对应一个剩余同位素的精确量值。今人用质谱仪测出岩石里同位素母体与子体的剩余数量，然后顺着衰变方程倒推未知数t ，就获得了整个衰变历程消耗的时间。由于这个t是从晶格“安装好”的那刻开始计数的，自然也就代表它们的“房东”——岩石本身的形成年龄了。
人类迄今采集的月岩样品并不多，但终归能够在海量“数圈圈”的序列里放上几个有具体数值的“地标” 。嫦娥五号采回的样品就构成了最新的“地标”之一。
刘敦一教授团队进行了铅（Pb）同位素测年，同时结合陨击坑频度统计进行关联校正，最终确认嫦娥五号着陆区（风暴洋地区， OceanusProcellarum）的岩石形成于20亿年前。

文章图片
嫦娥五号着陆器拍摄的月面全景图|CNSA/CLEP/MattiasMalmer
今天的月球是个冰冷的石头疙瘩。它何时彻底沉寂的呢？先前科学界普遍认为是30亿年前。嫦娥五号的最新研究，让月球地质运动的活跃历史足足延后了大约十亿年。
考虑到月球总年龄也不过45亿年。 10亿年自然不是个小数目了。这个巨大的年代跨度背后，代表着怎样的演化历程呢？
不同的岁月，不同的往事
月球为什么那么早就冷了？答，体积太小了呗。
太空那么冷的环境，谁小谁凉得快。当内部热能不足以维持活跃的地质活动时，月球表面便死寂一片了。比它大得多的地球保温性能就很棒，以至今天仍能够在地表实际体验到它奔腾不息的地质活力。
而月球20亿年前有没有地质活性，谁说了算？当然月岩说了算啊——毕竟地质活动的最直观产物便是形形色色的岩石。如果测出一块月岩形成于距今20亿年前，自然就代表20亿年前月亮上有着活跃的地质运动——起码，有着活跃的火山作用。
研究所涉的月岩属于玄武岩，是地幔原始岩浆喷出地表后凝固形成的产物。这种岩石本身不算稀罕，月球上有、地球上也有。我们抬头赏月，那些暗色的部分就是玄武岩。 1000多年前李白在峨眉山也赏过月，还写了诗。而峨眉山的金顶其实也是玄武岩。
月球刚形成时是一片岩浆海的状态，随后逐渐冷却，在冷却过程中，它岩浆体量也在一点点溃缩，仿佛一个逐渐干涸的池塘。

文章图片
【嫦娥五号公布最新成果，月球“多活”了至少十亿年】月海玄武岩的能谱图像|本文参考文献（Cheetal.,2021）
干涸的池塘往往会发生一件事， “浓缩” 。最形象的例子，莫过于最终只能相濡以沫的鱼儿了。岩浆里的某些元素也一样（比如钾、磷、稀土元素等，它们被称为“不相容元素”）。随着岩浆逐渐冷却，它们就是不愿随凝固的岩石一并走掉，宁肯随岩浆浓缩到底。
但随着月球岩浆海的最终干涸，它们逃无可逃，注定摆脱不了凝固为冰冷岩石的命运。于是在最晚期残余的岩浆产物里，不相容元素的含量极高。
嫦娥五号采集的这些玄武岩，不仅年龄上比“池塘的最后干涸期”晚了10亿年，而且它的化学特征上也未见到任何不相容元素被浓缩的痕迹。
这些拼图拼在一块，自然呈现了一个新的、足够年轻的月球岩浆活跃周期。它在月球岩浆海彻底凝缩固结之后的十亿年，仍然向月球地表贡献了丰沛的新鲜熔岩（据估算大概2000km3）。