研究月壤的物源对于认识月表在外动力地质作用下物质迁移过程具有重要的意义。斜长石是月壳中含量最丰富的矿物。早期的研究利用月壤中的碎屑斜长石的An值频谱来示踪月壤的物源。然而，月表不同岩石类型（如高地斜长岩、镁质岩套、月海玄武岩等）中的斜长石An值具有较大的变化范围，且相互重叠（图1），仅依靠斜长石An值来示踪月壤物源存在较大的不确定性。
图1 月海玄武岩（a）高地斜长岩和镁质岩套（b）中的斜长石An值分布
针对该问题，中国科学院广州地球化学研究所月球样品研究小组的张乐高级工程师及合作者统计了前人报道的月表不同岩石类型中斜长石的元素和初始Sr同位素组成，发现Sr含量和Sr同位素在不同的月表岩石类型中存在显著的差异：高地斜长岩和镁质岩套中的斜长石具有低的Sr含量和初始Sr同位素；克里普岩中的斜长石具有高的初始Sr同位素；月海玄武岩具有高的Sr含量和中等的初始Sr同位素（图2）。这些特征暗示联合使用碎屑斜长石的元素含量和Sr同位素组成可更有效地示踪月壤的来源。
图2 月表不同岩石类型(a)和嫦娥五号样品（b）中的斜长石的初始Sr同位素组成
该研究首次对嫦娥五号月壤中的碎屑斜长石开展了主量元素和微量元素以及Rb-Sr同位素的分析。根据Sr含量和An值之间的相关性，嫦娥五号碎屑斜长石可分为三组（图3）：normal-Sr（group A）、high-Sr（group B）和low-Sr（group c）。
图3 嫦娥五号碎屑斜长石（圆形）和玄武岩屑中的斜长石（三角形）Sr（a）和La（b）含量与An值相关性
A组和B组的斜长石与嫦娥五号玄武岩碎屑中的斜长石的元素和Rb-Sr同位素组成一致，表明A组和B组的斜长石来源于原地玄武岩的风化破碎（图4）。在分析的82个碎屑斜长石中，只有两颗斜长石（~2.4%）被归类为C组，其Sr同位素与A组和B组斜长石显著不同，表明其具有不同的来源。
图4 嫦娥五号碎屑斜长石Rb-Sr同位素
其中一颗C组斜长石具有高的 87Sr/ 86Sr比值（0.70242）和稀土元素含量（图3），可能来源于富含KREEP成分的Sharp B撞击坑或Aristarchus撞击坑（图5）。另一颗C组斜长石具有极低的 87Sr/ 86Sr比值（0.69908）和中等偏高的An值（92.3），暗示其母岩可能为镁质岩套，可能来自于Pythagoras撞击坑。该项研究表明，碎屑斜长石的元素和Sr同位素组成是示踪月壤物质来源的有效工具。
图5 嫦娥五号着陆区周边地质概况图；蓝色线展示了C组碎屑斜长石可能来自的撞击坑
该研究主要受中国科学院广州地球化学研究所所长基金和中国科学院重点部署科研专项的资助，已发表于国际期刊《Icarus》。
论文信息：Zhang Le* (张乐), Yang Ya-Nan (杨亚楠), Chen Zhi-Ming (陈志铭), Wang Cheng-Yuan (汪程远), Cui Ze-Xian (崔泽贤), Zhang Yan-Qiang (张彦强), Xu Yi-Gang (徐义刚). 2024. Elemental and Sr isotopic compositions of plagioclase as an indicator of lunar source-rock type: Insights from Chang'e 5 plagioclase fragments. Icarus, 413: 116002.
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