中新網(wǎng)貴陽9月3日電 (記者 蒲文思)中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所2日晚對外公布，該所通過與昆明理工大學(xué)的聯(lián)合研究團(tuán)隊對嫦娥五號表取月壤粉末中的鐵橄欖石顆粒開展深入與細(xì)致的分析工作，首次在月壤中證明了歧化反應(yīng)成因納米級單質(zhì)金屬鐵的存在。歧化反應(yīng)成因納米級單質(zhì)金屬鐵的發(fā)現(xiàn)與證實，革新了數(shù)十年來學(xué)術(shù)界對月壤中單質(zhì)金屬鐵形成機制的既有認(rèn)知。這一成果9月1日在國際學(xué)術(shù)期刊《Nature Astronomy》上發(fā)表。
圖為分析研究過程。 中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所供圖中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究團(tuán)隊近年來對納米級單質(zhì)金屬鐵的形成機制開展了持續(xù)性的研究工作，先后通過地面模擬實驗以及隕石研究等技術(shù)手段，分別驗證和證實了單質(zhì)金屬鐵的汽化沉積、輝石原位分解以及歧化反應(yīng)等多種成因機制。
據(jù)介紹，此前Apollo等月壤樣品的研究結(jié)果認(rèn)為，月壤中的納米級單質(zhì)金屬鐵(nanophase iron particles, np-Fe0)主要形成于隕石、微隕石轟擊引起的汽化沉積作用(vapor deposition)或者太陽風(fēng)主要組分氫離子注入引起的還原作用。前者得到了大量月壤樣品分析以及模擬實驗結(jié)果的驗證從而被學(xué)術(shù)界廣泛認(rèn)同，而后者迄今為止尚缺少充足的直接證據(jù)并缺少機理解釋。
圖為分析研究過程。 中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所供圖嫦娥五號月壤是44年以來人類再一次獲得來自月球的返回樣品，并與Apollo等月壤存在采樣區(qū)位置、礦物組成以及演化歷史等方面的差異，因此有可能為研究納米級單質(zhì)金屬鐵的成因機制提供新的證據(jù)。鐵橄欖石是嫦娥五號月壤的主要含鐵礦物之一，同時也少見于Apollo等月壤之中，因此被選擇為重點研究對象。
研究團(tuán)隊首先在部分鐵橄欖石顆粒表面非晶層中發(fā)現(xiàn)了原位熱分解成因的單質(zhì)金屬鐵，為嫦娥五號月壤中存在新的成因機制的納米金屬鐵提供了直接證據(jù)，相關(guān)研究結(jié)果已于2022年2月發(fā)表于《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)期刊上。隨著工作的持續(xù)深入，研究團(tuán)隊在一顆鐵橄欖石顆粒的表面發(fā)現(xiàn)分布有亞微米級尺度的微型撞擊坑，同時表面熔融濺射物較少，保存了較好的撞擊改造的特征。
圖為分析研究過程�！≈袊茖W(xué)院地球化學(xué)研究所供圖研究團(tuán)隊通過綜合月表極端環(huán)境、撞擊體殘留物以及撞擊坑底部熔融層中的特點判斷鐵元素的反應(yīng)過程為：來自于斜長巖的撞擊濺射物在撞擊鐵橄欖石的過程中，形成了多個二次微撞擊坑，撞擊過程的高溫與高壓引發(fā)了鐵橄欖石發(fā)生熔融，同時其中的二價鐵離子發(fā)生歧化反應(yīng)形成單質(zhì)鐵與三價鐵離子，其中單質(zhì)鐵則形核為納米相鐵。
同時，此次理論計算的結(jié)果表明該二次撞擊坑的形成速度低于3.0km/s，由于低速撞擊作用廣泛存在于太陽系之中，因此這對于研究月球特別是兩極永久陰影區(qū)、小行星以及外太陽系固態(tài)天體表壤中單質(zhì)金屬鐵的形成機制具有廣泛的參考與借鑒意義。(完)