月幔水具有二分性嗎？

月幔水含量在揭示月球起源、巖漿洋固化模式、后續(xù)巖漿活動等方面具有重要科學(xué)價值。隨著微區(qū)分析技術(shù)的進(jìn)步，過去20年對月幔水含量的認(rèn)識發(fā)生了翻天覆地的變化，從傳統(tǒng)的“純干”月幔轉(zhuǎn)變?yōu)椤皾瘛痹箩５恼J(rèn)識，并形成“干”“濕”新爭議。目前，根據(jù)現(xiàn)有月球樣品的水含量研究表明正面月幔的水含量變化范圍為1-200微克/克，這些研究樣品主要來自月球正面的風(fēng)暴洋及其周圍玄武巖地體（圖1）。

月球由風(fēng)暴洋、斜長巖高地和南極艾特肯盆地（SPA）三大地體組成，在形貌和物質(zhì)組成上呈現(xiàn)顯著的二分特征（圖1）。風(fēng)暴洋地體的釷含量明顯高于南極艾特肯盆地，由于釷和水在巖漿演化過程中均表現(xiàn)為不相容元素，更傾向于賦存在熔體中，據(jù)此可推測月球背面月幔可能正面月幔更“干”。該猜想如果被證實(shí)，將有助于深刻理解月幔水的時空演化格局。然而，目前為止，人們對月球背面月幔水含量的認(rèn)識尚屬空白。我國嫦娥六號任務(wù)從月球南極艾特肯盆地返回了第一份月壤樣品，為揭示正背面月幔的水含量分布特征提供了重要機(jī)遇。

圖1月球樣品采樣位置及月幔水含量特征。以往11次月球采樣都集中在月球風(fēng)暴洋地體，估算月幔水含量為1-200微克/克。

嫦娥六號玄武巖源區(qū)的水含量

為了揭示SPA盆地下覆月幔的水含量，中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所博士后何會存、博士生李林曦、胡森研究員、林楊挺研究員與南京大學(xué)惠鶴九教授等人借助納米離子探針（NanoSIMS）對嫦娥六號玄武巖樣品中的熔體包裹體和磷灰石進(jìn)行了水含量與氫同位素的分析（圖2）。研究結(jié)果表明橄欖石熔體包裹體中的水含量小于50微克/克，且貧氘（δD~-200‰左右；圖3）；鈦鐵礦中的熔體包裹體中水含量以及氫同位素的變化范圍較大；磷灰石的水含量可達(dá)3500微克/克，且非常富氘（δD~+826‰；圖3）。根據(jù)橄欖石熔體包裹體、磷灰石與鈦鐵礦熔體包裹體的水含量與氫同位素測試數(shù)據(jù)，以及巖相和化學(xué)成分特征，可以恢復(fù)嫦娥六號玄武巖的巖漿演化過程（圖4），并估算嫦娥六號玄武巖的母巖漿水含量約為15-22微克/克。

圖2嫦娥六號玄武巖中熔體包裹體的巖相特征.嫦娥六號玄武巖中的橄欖石極其稀少，僅發(fā)現(xiàn)兩顆富含橄欖石的玄武巖，并發(fā)現(xiàn)了幾十微米大的數(shù)顆熔體包裹體。Ol：橄欖石；Px：輝石；Ilm：鈦鐵礦；Pl：斜長石。

圖3嫦娥六號玄武巖樣品熔體包裹體和磷灰石的水含量及氫同位素組成。橄欖石中熔體包裹體具有最低的水含量和最輕的氫同位素組成。鈦鐵礦中的熔體包裹體水含量和氫同位素組成變化范圍較大。磷灰石具有結(jié)構(gòu)水故而具有相對高的水含量，對應(yīng)有最重的氫同位素組成。MI：熔體包裹體；LT：低鈦類型；HT：高鈦類型。

圖4嫦娥六號玄武巖漿演化示意圖. (a) 巖漿演化全貌圖，通過月幔部分熔融形成的玄武質(zhì)巖漿在經(jīng)歷結(jié)晶分異演化后上涌至月表。(b)、(c)和(d)分別為該過程的局部圖。(b) 橄欖石在巖漿中最早結(jié)晶，其中的熔體包裹體可以代表早期巖漿中的揮發(fā)分特點(diǎn)。(c) 鈦鐵礦在巖漿中期結(jié)晶，其中的熔體包裹體可以代表中期巖漿中的揮發(fā)分特點(diǎn)。(d) 磷灰石結(jié)晶于巖漿末期，代表了末期巖漿的揮發(fā)分特點(diǎn)。

玄武巖的母巖漿來自月幔巖石的部分熔融，由于月幔部分熔融形成的熔體可能經(jīng)歷過演化，他們采用了H2O/Ce比來估算嫦娥六號玄武巖月幔源區(qū)的水含量。結(jié)果顯示，嫦娥六號玄武巖的源區(qū)月幔水含量僅有1-1.5微克/克（圖5）。正面玄武巖月幔源區(qū)的水含量均值為7.5微克/克，火山玻璃珠的月幔源區(qū)水含量為70.3微克/克，明顯高于嫦娥六號玄武巖月幔源區(qū)的水含量（1.25微克/克；圖5），說明背面月幔比正面月幔更干，并提出正背面月幔水含量具有二分性的猜想。未來更多月球背面的返回樣品將有助于確證月幔水含量二分性猜想。

圖5月球內(nèi)部的水含量與時間的關(guān)系。嫦娥六號玄武巖樣品揭露了迄今為止最干的月幔。

該研究成果2025年4月9日在線發(fā)表在國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Nature（何會存#，李林曦#，胡森*，高宇冰，高亮，周湛，邱夢凡，周迪圣，劉煥欣，李瑞瑛，郝佳龍，惠鶴九*，林楊挺*.Water abundance in the lunar farside mantle. Nature, 2025. DOI: 10.1038/s41586-025-08870-x）。

研究工作受國家自然科學(xué)基金（42125303，42241104），中國科學(xué)院先導(dǎo)B（XDB 41000000）、中國國家博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃（BX20240365）和研究所重點(diǎn)部署（IGGCAS-202401，202204）項(xiàng)目共同資助。感謝國家宇航局提供研究樣品。

美編 / 陳永焱

校對 / 劉強(qiáng)