圖為分析研究過程。 中國科學院地球化學研究所供圖
中新網(wǎng)貴陽9月3日電 (記者 蒲文思)中國科學院地球化學研究所2日晚對外公布，該所通過與昆明理工大學的聯(lián)合研究團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致的分析工作，首次在月壤中證明了歧化反應成因納米級單質金屬鐵的存在。歧化反應成因納米級單質金屬鐵的發(fā)現(xiàn)與證實，革新了數(shù)十年來學術界對月壤中單質金屬鐵形成機制的既有認知。這一成果9月1日在國際學術期刊《Nature Astronomy》上發(fā)表。
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中國科學院地球化學研究所研究團隊近年來對納米級單質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手段，分別驗證和證實了單質金屬鐵的汽化沉積、輝石原位分解以及歧化反應等多種成因機制。
據(jù)介紹，此前Apollo等月壤樣品的研究結果認為，月壤中的納米級單質金屬鐵(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果的驗證從而被學術界廣泛認同，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。 中國科學院地球化學研究所供圖
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)，相關研究結果已于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。
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研究團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)生歧化反應形成單質鐵與三價鐵離子，其中單質鐵則形核為納米相鐵。
同時，此次理論計算的結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)天體表壤中單質金屬鐵的形成機制具有廣泛的參考與借鑒意義。(完)
