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固体地球科学面临的七大挑战:(2)月球的形成
2017-03-16 21:31

   Solid Earth Sciences 在创刊号中提出了固体地球科学所面临的7大挑战性的科学难题:(1)地球内部的结构和组成 (the structure and composition of the Earth's interior); (2) 月球的形成 (the formation of the Moon); (3) 岩浆海的演化 (the evolution of the Magma Ocean); (4)板块构造运动的起始 (the origin of plate tectonics); (5) 地幔柱的本质 (the nature of mantle plumes); (6) 生命的起源与演化 (the emergence and evolution of life); (7) 超大型矿床的形成 (the formation of giant ore deposits).

(1)地球内部的结构与组成。

(2)月球的形成。

Taylor 2016 Acta Geochimica

这个问题与Science提出的125个科学难题中的第52 个难题:“行星是如何形成的”是类似的问题。月球是地球的一个卫星。但是月球的体积与地球差别小,所以有人认为月球更像是地球的兄弟而不是卫星。

由于月球早在30多亿年前岩浆活动就停止了,因此其早期演化的历史保存较好。尽管月球距离我们38万公里,从某种意义上讲,我们对月球的了解程度超过对地球。也许这就是苏东坡所说的不识庐山真面目,只缘身在此山中。破解月球形成之谜,会帮助我们破解行星是如何形成的。

目前有关月球形成的流行假说是大碰撞:在原始地球吸积到现今地球体积的90%左右时,一颗火星大小的星子与地球发生了大碰撞,被撞击出来的尘埃形成了月球。

图片引自网络

  近年来,大撞击假说受到了不少质疑。例如,根据大撞击假说月球的组成主要来自与原始地球撞击的星子。由于该星子与地球的吸积区域不同,他们的同位素组成应该有较大的差异。但是,越来越多的数据显示地球和月球不挥发元素的同位素组成十分接近。为此,著名月球专家、Goldschmidt奖得主Ross TaylorActa Geochimica上撰文http://link.springer.com/article/10.1007/s11631-015-0080-4提出月球是原始地球与一颗大的彗星相撞而形成的。

Taylor 2016 Acta Geochimica

地球位于太阳系的雪线以内,按理说,地球上的水含量应该很少,至少要比火星上少。但是,地球是太阳系唯一的蓝色星球:一个有液态水的类地行星。因此,地球上的水很可能是“外来的”。英雄所见略同,另一位Goldschmidt奖得主F Albarède 2009年在Nature上提出地球上的水来自一颗大的彗星撞击事件。不过,F Albarède 认为这次彗星撞击事件发生在月球形成以后。

Taylor 2016 Acta Geochimica

Taylor指出,彗星撞击的模型本身也有很多问题。例如,月球非常亏损挥发性元素。彗星是俯冲富含挥发分的。如何在这样的撞击中产生挥发分含量低的月球?

月球的组成与玻陨石类似。玻陨石是陨石撞击溅射物。所以,Taylor提出,月球是否是大撞击溅射物形成的?

此外,传统上认为月球是干的。由于月球上没有水,所以月球岩浆海结晶过程中,最先结晶的是斜长石,形成了月球斜长岩高地。但是近年来的研究显示,月球并非原来认为的那么干(Hui et al., 2009 NatureGeoscience)。

这些模型和假说都有待进一步的验证。随着嫦娥登月计划,中国科学家应该在这个领域做出更大的贡献。




 
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