一次巨大的远古撞击可能对月球的改造之深远，远超科学家以往的认知。通过分析中国嫦娥六号任务从月球最大陨石坑带回的罕见月岩，研究人员发现了指向巨大撞击导致极端高温和物质损失的异常化学指纹。这次撞击很可能剥离了挥发性元素，重塑了火山活动，并在月球深处留下了持久的化学印记。
为了探究这个问题，由中国科学院地质与地球物理研究所田恒次研究员领导的团队分析了嫦娥六号返回的月球玄武岩样品。这些岩石样本采自月球上最大、最古老的已知撞击盆地——南极-艾特肯盆地。这些样品立即引起了注意，因为它们的钾（K）同位素组成比阿波罗任务之前收集或月球陨石中发现的任何月球玄武岩都要重。
钾元素为何能揭示古代撞击的线索
钾被认为是一种中等挥发性元素，这意味着它在极端高温下会部分蒸发。在巨大的撞击过程中，温度飙升，使得钾蒸发并使其同位素分离。这个过程留下了一个化学记录，可以揭示撞击的强度、事件发生时的条件，以及碰撞如何改变了月球地壳和地幔中的物质。
基于此，研究人员重点测量了嫦娥六号样品中钾的同位素组成。
巨大撞击的化学证据
发表在《美国国家科学院院刊》上的研究结果，将这种不寻常的钾特征直接与形成南极-艾特肯盆地的巨大撞击联系起来。
研究团队使用高精度技术，通过蓝宝石碰撞池多接收器电感耦合等离子体质谱法测量了四个玄武岩碎片中的钾同位素。所有嫦娥六号样品均显示出较高的δ41K值，范围从0.001 ± 0.028‰ 到 0.093 ± 0.014‰（平均值：0.038 ± 0.044‰，2SE）。这个平均值比阿波罗月球玄武岩中测量到的值（-0.13 ± 0.06‰，2SE）高出约0.16‰，后者被广泛认为是代表月球地幔和整个硅酸盐月球的组成。
排除其他解释
为了确定导致较重钾同位素富集的原因，研究人员考察了三个可能的因素。他们评估了长期暴露于宇宙射线、岩浆演化过程中的变化以及陨石的污染。结果发现，这些过程的影响都非常小，完全在测量不确定度范围内，没有一个能解释样品中观察到的化学变化。
对月球火山活动的持久影响
相反，分析指向了形成南极-艾特肯盆地的撞击过程中挥发性元素的大规模流失，特别是通过钾的蒸发。这种消耗可能减少了月球背面的岩浆产生，有助于解释为什么月球正面的火山活动长期以来比背面更为广泛。
计算机模拟支持了这种解释。模拟显示，这次撞击不仅深深切入月球地壳，可能还触及了地幔，并释放出足够的热量驱动月球内部的对流。
这对月球及其他天体的意义
总之，这些发现表明，形成南极-艾特肯盆地的撞击深刻地改变了月球地表之下的深层结构。更广泛地说，这项研究强调了巨大撞击如何能够塑造整个太阳系中岩石行星和卫星的内部化学性质和演化。
本研究得到了国家自然科学基金、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。