我們?nèi)庋劭吹降脑虑虬瞪糠质菑V大的火山巖平原，是大小規(guī)模不等的撞擊盆地被火山物質(zhì)（主要是玄武巖）填充后形成的。月球上的火山作用始于40億年之前，但是其熄火時(shí)間節(jié)點(diǎn)一直存在爭議。確定月球火山作用可靠的時(shí)間線是約束月球成分和熱演化模型的重要前提。已返回月球樣品揭示月球火山作用主要發(fā)生于31至38億年期間，已發(fā)現(xiàn)的與火山作用有關(guān)的最年輕月球隕石形成于25億年左右。雖然利用撞擊坑大小-頻率分布統(tǒng)計(jì)分析方法得出最年輕的月海玄武巖單元可達(dá)12億年，但一些地球物理模型顯示月球上的火山作用止于20億年之前。由于撞擊坑統(tǒng)計(jì)方法在計(jì)算小面積表面暴露年齡上存在不可避免的缺陷，因此月球上是否存在更為年輕（即10億年以內(nèi)）的火山作用一直存在爭議。

　　近日，空間中心空間天氣學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室張鋒研究員、鄒永廖研究員及合作團(tuán)隊(duì)基于一種新近被發(fā)現(xiàn)且認(rèn)識尚淺的火山地貌特征，采用月球表面侵蝕和發(fā)展模型等多種定年方法，為月球上存在10億年內(nèi)年輕火山活動提供了直接證據(jù)。

圖1.（a-c）基于三維成像的獨(dú)立環(huán)形凹陷穹丘；（d）三維顯示：高密度聚集分布的環(huán)形凹陷穹丘群；（e）環(huán)形凹陷穹丘成因機(jī)制示意圖。

　　張鋒研究員于2017年首次利用高分辨率遙感影像觀測到此類火山地貌特征并將其命名為環(huán)形凹陷穹丘（Ring-moat Dome Structures, RMDSs），它們是以離散（圖1a-1c）或成簇聚集（圖1d）形式分布于火山平原上的圓形丘（類似地球上的圓形土堆），但與傳統(tǒng)火山穹隆不同的是它們直徑?。ㄆ骄睆絶200米，多數(shù)高度小于16米）、頂部平坦、和普遍缺少噴口且周圍被凹陷地形環(huán)繞?；诒容^行星學(xué)研究，它們的形成與噴發(fā)到月球表面的熔巖成分及其在月表的動力學(xué)行為（包括冷卻結(jié)晶、膨脹作用、集氣、減壓和排氣過程等）有關(guān)。火山噴發(fā)后期相對富含揮發(fā)分（特別是水）的熔巖注入到已淬火、冷卻的熔巖殼下面，在月表真空和低重力環(huán)境下，里面的壓強(qiáng)增大導(dǎo)致上覆冷凝殼破裂，從而引起內(nèi)部減壓并產(chǎn)生泡沫巖漿（揮發(fā)分含量較高或孔隙度較高的熔巖），在壓強(qiáng)的驅(qū)使下泡沫巖漿沿裂隙上涌并在表面聚集，內(nèi)部物質(zhì)的排放和表面重力的加載導(dǎo)致周圍地形下沉并形成環(huán)形凹陷（圖1e）。

圖2.高分辨率三維顯示：一些環(huán)形凹陷穹丘部分填充到小型撞擊坑內(nèi)部。

　　環(huán)形凹陷穹丘是在熔巖流動過程中形成的，理應(yīng)與下伏玄武巖單元具有相同的年齡（同時(shí)期形成，而這些玄武巖單元年齡絕大多數(shù)>30億年）。但后續(xù)研究中發(fā)現(xiàn)一些環(huán)形凹陷穹丘部分填充到直徑小于300米的小型撞擊坑內(nèi)部（圖2），因此，與這些環(huán)形凹陷穹丘相關(guān)的火山作用在發(fā)生時(shí)間上應(yīng)該晚于這些小型撞擊坑，即如果得到小型撞擊坑的年齡就可以確定環(huán)形凹陷穹丘的形成年齡上限，本研究采用現(xiàn)有多種形貌測年方法，包括形貌測量方法、表面地形擴(kuò)散侵蝕模型、蒙特卡洛模型（改進(jìn)型表面侵蝕模型）、月壤形成和發(fā)展模型以及撞擊坑大小-頻率分布測年方法，測得環(huán)形凹陷穹丘的年齡范圍為1.3-15億年，多數(shù)<10億年（圖3），也就是它們形成于月球年代學(xué)的最年輕時(shí)期，即哥白尼紀(jì)（約11億年至今）。

　　但如此年輕的火山作用是如何發(fā)生的？發(fā)生晚期內(nèi)部熔融事件的熱源又來自哪里？根據(jù)目前月球熱演化理論，還沒有證據(jù)顯示月球晚期內(nèi)部曾發(fā)生過大規(guī)模熔融事件。因此，針對目前存在的科學(xué)問題，團(tuán)組還將繼續(xù)展開深入研究。

圖3.地形參數(shù)測量結(jié)果得到的被環(huán)形凹陷穹丘覆蓋的小型撞擊坑的模型年齡，其中四個(gè)年齡<5億年，兩個(gè)10億年左右（紅色部分）。

　　該研究不僅為月球上存在10億年內(nèi)火山作用提供了直接證據(jù)，同時(shí)也列出了發(fā)生如此年輕火山作用應(yīng)該滿足的地球物理?xiàng)l件，以及為未來載人或無人探月任務(wù)選擇科考點(diǎn)提供了參考，特別是為進(jìn)一步完善或改進(jìn)已有月球熱演化模型提供了約束和依據(jù)。該項(xiàng)研究成果發(fā)表在國際著名期刊Journal of Geophysical Research: Planets上，論文鏈接：

　　Citation:

　　Zhang, F., Head, J. W., W？hler, C., Basilevsky, A. T., Wilson, L., Xie, M., et al. (2021). The lunar mare ring-moat dome structure (RMDS) age conundrum: Contemporaneous with Imbrian-aged host lava flows or emplaced in the Copernican?. Journal of Geophysical Research: Planets, 126, e2021JE006880. https://doi.org/10.1029/2021JE006880 

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