月球铁橄榄石玻璃的冲击成因广州地学与资源科普基地2025年05月19日 09:15广东近日，中国科学院广州地球化学研究所研究员朱建喜、中国科学院院士何宏平团队在嫦娥五号月球样品的研究中取得了重要突破。他们在嫦娥五号月球铁橄榄石晶体的裂缝中，首次发现了原位熔化形成的铁橄榄石玻璃，并深入揭示了其冲击成因。相关成果发表于《伊卡洛斯》（Icarus）。月球是地球的唯一天然卫星。在月球形成和演化过程中，撞击作用是月表重要的地质过程之一。当撞击事件发生时，撞击引起的扰动以冲击波的形式向前传播，产生极端的压力和温度，这个过程的极限压力可超过100GPa，温度可超过5000~10000K。月球矿物在这些极端条件下会经历各种转变，产生一系列冲击变质效应，如高压相变、熔化、汽化或电离等。因此，月球冲击变质产物的成分、形态和微观结构都是反演月球表面撞击环境的重要依据。
铁橄榄石玻璃的形成机制示意图。研究团队供图已有研究表明，在冲击作用下，矿物会经历非晶化过程，主要有两种类型：一种是压力诱导的非晶化，即在高压作用下，矿物在未经历熔化过程的情况下直接以固态转变为非晶，即击变玻璃；另一种是高温诱导的非晶化，即矿物在冲击热效应导致的高温熔化，形成撞击熔体玻璃，也常被认为是冲击作用的最高阶段。橄榄石是月球主要造岩矿物之一。由于橄榄石玻璃的形成条件极为苛刻，难以通过常规淬冷实验获得。直到1977年，Jeanloz R等人在Sciences期刊上首次发现并报道了通过对纯橄岩的模拟冲击作用可以形成橄榄石组分的玻璃质，其形成峰值压力约为56GPa。因此，橄榄石玻璃是判断冲击阶段的重要指标。铁橄榄石玻璃（Fa-glass）的微观结构分析。研究团队供图在月表强烈的冲击作用下，橄榄石定会发生冲击熔融现象。然而，目前在人类返回的月球样品中还没有明确的证据表明发现过冲击成因的橄榄石玻璃。在对我国嫦娥五号月球样品的研究过程中，朱建喜以及何宏平团队的硕士研究生杨红梅、副研究员鲜海洋等在国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金等项目的资助下，在铁橄榄石晶体的裂缝中发现了原位熔化形成的铁橄榄石玻璃。他们采用先进微区分析技术对铁橄榄石玻璃进行了形貌、成分及结构分析；结合电子对分布函数、反蒙特卡洛拟合和ReaxFF分子动力学模拟，表征了铁橄榄石玻璃的原子结构。结果表明，形成该玻璃的铁橄榄石致密熔体固化时的温度约3200~3400K，残余压力约1GPa。铁橄榄石玻璃的电子对分布函数（ePDF）和ReaxFF分子动力学模拟结果。研究团队供图结合该铁橄榄石的产状和形成温压条件，研究团队提出，该铁橄榄石玻璃是在冲击破碎过程中形成，而非传统认识的冲击熔融。具体而言，铁橄榄石在冲击作用下发生破碎，产生剪切面，剪切面发生摩擦产生大量热量，导致铁橄榄石发生局部熔化，迅速淬火形成玻璃。该研究不仅从原子尺度解析了月球铁橄榄石玻璃的形成过程，还发现了冲击破碎作用下的剪切熔融新机制。