钨指示剂与月球

以下为文章摘要,如需全文,请订阅我们的产品。

今天认为,地球–月球系统是在两个行星体相互碰撞,并在行星吸积结束后形成的。虽然这个假说已经提出了四十多年,但用于测试、发展和验证这种超级碰撞假说的新型工具在过去十年里才逐渐成熟。月球和地球岩石的同位素的相似之处已获得从阿波罗计划中采回的月球样品初步分析结果的肯定,但近年来分析技术的进步却揭示了地球与月球之间的同位素相似性与差异的大小和范围。新出现的大量高精度同位素数据向主流的月球成因假说提出了挑战,因此迫切需要提出与月球起源有关的新的假说,以便能够解释观察到的各种同位素特征。特别值得一提的是,2007年与2015年在《Nature》杂志上发表的有关钨(W)的高精度测量结果的报道,已激起了对地(球)–月(球)系统如何进化的热烈争论。

月球样品最初是由阿波罗任务取回的,经过分析,发现地球地幔和月球的同位素特征总体上相似,这表明两个星球是由相似物质所组成的。据推测,有一个火星般大小的星球与原始地球发生巨大的偏心碰撞,从地球地幔中蒸发出来的物质后来就形成了月球,并来到其今天的轨道上。这种假说可以解释其相似性。如果这样,那么月球相对于地球的地幔将会亏损具有挥发性的元素,而更难熔元素的同位素组成则应当相似。然而,在对这种标准的巨型碰撞情景进行数值模拟时发现,形成月球的岩屑盘(debris disk)主要来自于撞击体,而地球地幔则主要来自于原始地球。既然我们已有的来自别的星球的所有样品都存在着同位素差异,不难得出,原始地球和撞击星体的同位素成分也是不一样的。因此,区分地球和月球的同位素组成之间的差异,最终可以通过提高分析测试精度来解决。

尽管分析测试技术已经取得了明显进展,但从几种同位素体系来看,地球和月球仍然明显相似,这就难以单独用标准的巨型碰撞模型来解释。其中,氧同位素测量结果相对于目前观察到的各行星之间的差异来说,尤其相似。比如,地球和月球之间的氧同位素差异,比地球和火星之间的差异还要小几个百分比。这种高精度的相似性(就像已观察到的钛同位素那样)表明,地球和月球地幔物质具有相同的来源。

硅同位素也存在类似的相似性。然而,硅可以被固定到行星核心,并且由于较轻的同位素优先分配给金属,而使得地幔具有重同位素特征。硅同位素分馏取决于行星核心形成时的温度和压力条件。虽然不清楚地核中是否封存有大量的硅,但地球和月球的硅同位素特征的相似性(与火星再一次不同)表明,月球是在地核形成之后从地球分离出去而形成的。然而,尽管测量结果精度很高,但对氧、钛和硅同位素的解释仍然是模棱两可的:因为也可以设想成,地球和月球都是由同一种行星物质分开后独自形成的。

未经允许不得转载:地学情报 » 钨指示剂与月球

赞 (0)