嫦娥五号月壤中外来岩屑能为认识月表物质翻耕迁移过程、月壳岩石组成多样性、月壳地质演化等提供制约信息。中国科学院地球化学研究所科研团队通过研究嫦娥五号月壤样品，获得了月球2.0 Ga年轻玄武岩地质单元上的外来火成岩碎屑组成，发现了月壳特殊岩石碎屑，指示月球上仍存在未被认识的地质单元。该研究工作近期发表于Nature Astronomy（《自然-天文》）行星科学期刊上。
嫦娥五号着陆区为20亿年前形成的中钛玄武岩单元，比Apollo和Luna任务采样区地质单元（>30亿年）更年轻，嫦娥五号月壤为研究月球年轻地质单元上物质改造和物质组成提供了新的时间窗口。由于月球表面长期遭受小天体的撞击改造作用，月表物质不断被破碎、翻耕、迁移、混合，使得嫦娥五号采样区的月壤中含有一定量其它区域的溅射物（图1）。理论计算和遥感分析结果估计嫦娥五号着陆区含有>10-20%的其他区域物质，但是，嫦娥五号月壤中外来岩屑（月球其他区域溅射到嫦娥五号采样区的物质）的贡献是多少？是否含有特殊的月壳岩石碎屑？这些外来岩屑对月壳演化有什么指示？仍不清楚，这些问题的答案，能为认识月壳年轻地质单元的月壤翻耕迁移过程、月壳岩石组成多样性、月壳地质演化等提供制约信息。
图1 嫦娥五号采样区含有月球其它地质单元外来岩屑的示意图
中国科学院地球化学研究所曾小家博士、李雄耀研究员和刘建忠研究员通过分析了超过3000颗嫦娥五号月壤颗粒，识别出了7颗不同于嫦娥五号中钛玄武岩的火成岩碎屑，包括：高钛玻基斑状岩石碎屑、低钛玄武岩碎屑，橄榄辉石岩碎屑、镁质斜长岩碎屑、高度演化岩石碎屑、富镁橄榄石碎屑和火山玻璃碎屑。基于这些岩屑的岩石学、矿物学和地球化学数据，分析并讨论了其成因、与Apollo岩石的异同、来源、地质意义等（图2）。研究发现其中的高钛玻基斑状岩石碎屑可能为月球橄榄玄武岩碎屑，与已报道的Apollo橄榄玄武岩具有不同的矿物组成和成分特征；发现了Apollo样品中未观察到的镁质斜长岩碎屑，该类岩石主要在斜长质高地角砾岩陨石中被报道，这说明月球正面也存在镁质斜长岩的分布 ；另外，研究的火山玻璃碎屑比Apollo火山玻璃具有更高的FeO含量和更低的Mg#值，指示了月球上存在目前尚未了解的（更演化的）火山喷发活动。
该研究工作的价值主要包括：（1）首次获得月球2.0 Ga年轻玄武岩单元上的外来火成岩碎屑组成信息；（2）发现了月壳特殊岩石碎屑，为揭示月壳组成多样性及岩浆活动多样性提供了证据；（3）研究指示了月球上仍存在未被认识的地质单元，这能为规划未来的月球采样或遥感探测任务提供科学支撑。除了外来火成岩碎屑，研究团队近期也相继在嫦娥五号月壤中发现了月球新矿物、月球特殊撞击溅射物、疑似小行星残余碎块等物质，对这些物质开展分析研究，将有助于革新我们对月球地质演化的理解，也有助于丰富嫦娥五号月壤在人类认识月球中的贡献。
图2 嫦娥五号采样区地质背景及外来岩屑成因的示意图
嫦娥五号月壤中外来火成岩碎屑的相关工作近期发表于Nature Astronomy（《自然-天文》）行星科学期刊上，论文作者包括：曾小家博士（第一作者）、李雄耀研究员（通讯作者）和刘建忠研究员（通讯作者）。该研究工作得到了中国科学院先导专项（XDB41000000）、国家国防科工局民用航天预研项目、国家自然科学基金项目的资助。
论文信息：Xiaojia Zeng, Xiongyao Li*, Jianzhong Liu*, (2022) Exotic clasts in Chang'e-5 regolith indicative of unexplored terrane on the Moon. Nature Astronomy.
论文连接：https://doi.org/10.1038/s41550-022-01840-7
（曾小家/供稿）