研究称此前测算月岩含水方法或出现高估

2014-4-08 15:07 来源: 新浪科技
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这是一张月岩切片的元素面扫图,测试的是钙元素丰度,图像中磷灰石内高钙含量的区域用明亮的粉色和红色表示,而周遭钙元素含量较低的区域则用较暗的蓝色和黑色表示

        北京时间4月8日消息,据报道,近日,美国加州大学洛杉矶分校地球,行星与空间科学学院教授杰里米·博伊斯(Jeremy Boyce)领导的一个研究组报告称,此前科学家们通过研究月岩磷灰石矿物得到的月球含水量可能是错误的,其得到的值会出现高估。

  博伊斯和他的同事们创建了一个计算机模型,用以精确模拟在月球早期岩浆岩时期磷灰石矿物如何从冷却的岩浆中结晶出来。他们的模拟结果显示,那些异常富氢的磷灰石矿物可能并非形成于富水的地质环境,而此前研究人员在月岩中观察到这类磷灰石,并将其作为计算月球水含量的一项依据。

  这项发现将人们长期以来的观点,即磷灰石中的氢是月球整体水含量良好指示标志的看法整个地颠覆了。博伊斯表示:“磷灰石矿物是此前最被广泛采用,用于测算月岩水含量的手段,但这是不可信的。”他说:“我们的计算结果认为,月球上并没有像磷灰石向我们所展示的那么高的水含量。”有关的研究已经发表于3月20日出版的《科学》杂志在线版,并将将在未来的印刷版中刊出。

  数十年以来,科学家们相信月球是几乎没有水的。然而,2010年科学家们月球岩石样品中发现富氢的磷灰石,这似乎暗示月球在过去曾经富含水分。科学家们起先认为他们将可以通过对这些微小的磷灰石矿物样品分析获得的信息来反演早期月球岩浆洋,甚至是整个月球的含水量,而此次博伊斯的研究结果则认为磷灰石得到的结果可能具有欺骗性。

  博伊斯相信月球磷灰石中显示的高水含量是由于其结晶过程的特点导致的,而非由于其本身形成于富水的环境之中。当岩浆逐渐冷凝时,如果存在水,磷灰石可以将氢原子包裹进其晶体结构之中。然而,磷灰石只有在其最容易结合的氟和氯几乎耗尽之后才会接下来将氢原子包括进其晶体结构之中。

  博伊斯表示:“早期形成的磷灰石高度富氟,以至于它几乎将岩浆中的氟都消耗殆尽了,然后是氯。在那之后形成的磷灰石便会形成于一个缺乏氟或氯的环境中,于是它只能显示富氢特征,因为它已经别无选择了。”因此,当氟和氯消耗殆尽之后,冷凝中的岩浆将逐渐从形成贫氢的磷灰石矿物向形成富氢的磷灰石矿物转变。而很显然,后者并不能反映岩浆中的水含量情况。

  理解月岩磷灰石形成机理的意义超越了仅仅简单的测算月球岩石和土壤中水含量的目的。根据目前主流的月球形成模型,氢和其他挥发分元素不应当存在于月球岩石之中。

  许多科学家认为月球是在一次大约发生在40亿年前地球遭受的大碰撞中形成的。如果这一大碰撞理论是正确的,那么后来形成月球的物质应当已经完全熔化,像氢这样的轻元素在此过程中应当早就已经挥发散失殆尽。而由于氢是组成水分子的关键成分,大撞击过程产生的月球应当是干燥的。

  月球带回的岩石样品绝大部分也的确是非常干燥的,并且缺乏轻元素。但在很多月岩样品中也都检出了富氢的磷灰石,这让科学家们非常困惑。不知怎的,尽管月球的形成过程相当狂暴,但月球岩石中似乎仍然保存了水和其他的挥发分成分,尽管它们的含量可能并没有磷灰石矿物所暗示的那么多。

  博伊斯表示:“我们在40年里一直相信月球是干燥的,而我们现在有证据证明我们过去的干燥月球模型并不完美。然而,我们必须非常谨慎并仔细审查手上的每一条线索,之后才能有信心地认为月球上的岩石和地球上的一样含有丰富的水分。”

  这项研究显示,我们对于早期月球的组成和环境情况方面还有很多需要研究。博伊斯表示:“我们正揭开有关月球形成以及演化环境的最重要线索之一。下一步,我们还将评估磷灰石究竟在多大程度上误导了我们过去的研究,并尝试绕过磷灰石,探查月球的起源过程。”