巖漿火山活動(dòng)是塑造月球內(nèi)部圈層結(jié)構(gòu)的最重要內(nèi)動(dòng)力地質(zhì)作用，直接反映了月球內(nèi)部物質(zhì)組成、熱狀態(tài)及演化歷程，是研究月球地質(zhì)和熱演化的重要窗口。小型盾狀火山（如月海穹窿，Mare dome）和環(huán)形凹陷穹丘（Ring-moat Dome Structure, RMDS）作為月球大型撞擊盆地內(nèi)部最常見(jiàn)的火山地貌，是了解月球上火山噴發(fā)機(jī)理(類(lèi)型、機(jī)制、過(guò)程)、內(nèi)部巖漿源區(qū)性質(zhì)及其上升、侵位和噴發(fā)等熱動(dòng)力學(xué)過(guò)程的重要研究對(duì)象。

靜海作為月球上最古老（形成于40億年前）的大型撞擊盆地之一，是小型盾狀火山和RMDSs最集中的地區(qū)之一。其內(nèi)部充填的火山物質(zhì)是月球上平均二氧化鈦含量最高的玄武巖，靜海是一個(gè)邊界輪廓不規(guī)則且地理中心不存在布格重力異常的非質(zhì)量瘤盆地（圖1），富鈦玄武巖可能源自高鈦鐵礦地幔源區(qū)，受控于月球巖漿洋（月球形成后的全球熔融事件）冷卻、結(jié)晶分異和后期重力翻轉(zhuǎn)等內(nèi)部熱動(dòng)力學(xué)過(guò)程，因此，這使得靜海地區(qū)成為研究和理解盆地玄武巖充填過(guò)程和月球早期熱演化的最佳場(chǎng)所之一。

近日，中國(guó)科學(xué)院國(guó)家空間科學(xué)中心行星環(huán)境與演化團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究小組，通過(guò)識(shí)別靜海地區(qū)200個(gè)小型盾狀火山和>6400個(gè)RMDSs，并對(duì)它們的空間分布及相關(guān)性、形態(tài)學(xué)參數(shù)測(cè)量及統(tǒng)計(jì)規(guī)律，成因和火山噴發(fā)機(jī)制等方面開(kāi)展了詳細(xì)研究（圖1），提出了該盆地火山地貌多樣性的成因模型：即月球早期較薄月殼地質(zhì)背景下，殼-幔邊界巖漿房生長(zhǎng)和膨脹機(jī)制（圖2）。

圖1. 靜海地區(qū)RMDS（黑點(diǎn)）和月海穹窿（一類(lèi)小型盾狀火山）的空間分布關(guān)系，其中80個(gè)月海穹窿（綠圓）頂部和側(cè)翼分布有RMDS，其它120個(gè)月海穹窿（綠五角星）上面沒(méi)有RMDS。底圖為假彩色高程圖，可以看出大多數(shù)月海穹窿位于東部高地。

研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)對(duì)靜海地區(qū)80個(gè)表面覆蓋RMDSs的月海穹窿和120個(gè)無(wú)RMDSs覆蓋的月海穹窿進(jìn)行了多角度的定量化統(tǒng)計(jì)分析，提出靜海地區(qū)原始較薄月殼和淺層巖漿房模型（圖2），對(duì)靜海地區(qū)包括月海穹窿和RMDSs在內(nèi)的火山地貌多樣性及其空間相關(guān)性給出了合理解釋。在位于殼幔邊界處的巖漿房生長(zhǎng)和膨脹過(guò)程中，較薄的月殼有利于巖漿以巖墻群的方式慢速上升到月表，形成較低噴發(fā)速率和通量的火山噴發(fā)事件，由于冷卻速率較快，從火山口溢流出的熔巖流在火山口周?chē)逊e，并最終形成小型盾狀火山，即月海穹窿。同時(shí)，在高/徑比值相對(duì)較小的月海穹窿表面易于形成RMDSs，這是由于平緩的地勢(shì)有利于流動(dòng)巖漿在排氣和壓強(qiáng)控制下的熱膨脹作用，可以合理解釋靜海盆地月海穹窿、RMDSs和其它火山地貌的“伴生關(guān)系”。

圖2. 本研究提出的靜海盆地地區(qū)月幔源區(qū)部分熔融的上升（a），在密度和浮力控制下，巖漿在殼-幔邊界駐留、增生、擴(kuò)展并形成巖漿房（b），由于月殼較薄，巖漿上升到月表并噴發(fā)形成系列火山地貌的成因機(jī)制模型（c）。

該研究成果發(fā)表在Journal of Geophysical Research-Planets期刊上，研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金和中國(guó)科學(xué)院重點(diǎn)部署項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2023JE007969

Citation: Zhang, F., Head, J. W., Wilson, L., Meng, Y., W?hler, C., Guo, D., et al. (2024). Insights into lunar basaltic volcanism from mare domes superposed by ring-moat dome structures (RMDSs) in Mare Tranquillitatis. Journal of Geophysical Research: Planets, 129, e2023JE007969. https://doi.org/10.1029/2023JE007969

（供稿：天氣室）