嫦娥五号月球土壤样品表面微结构研究取得新进展

几十亿年来，月球上的土壤一直受到太阳的风化，比如微陨石轰击，太阳风和宇宙射线中的带电粒子辐射它的表面微观结构和化学成分与地球土壤有很大不同嫦娥五号在我国采集的月壤样品属于最年轻的玄武岩，采样点纬度最高，为探索月球土壤在空间风化作用下的物质和结构演化提供了新的契机

最近几天，中国科学院物理研究所研究团队与国家纳米科学中心，国家天文台，广州地球化学研究所等合作，系统表征了月壤中主要矿物铁橄榄石，辉石和长石的表面微观结构在25种不同的小尺寸和规则形状的矿物样品中，研究小组仅在铁橄榄石表面观察到非常薄的无定形二氧化硅层，其上覆盖着尺寸为2—12纳米的颗粒辉石和长石表面的化学成分与内部相同，表面没有明显的无定形层

在铁橄榄石的边缘，最外面的区域I是无定形二氧化硅层，区域II是无定形二氧化硅和FeO的共存，区域III是无定形二氧化硅和铁橄榄石的共存这是首次在月球土壤中观察到这种特殊的微结构

以往的研究表明，空间风化使月球上的铁橄榄石等矿物表面形成一层厚达50—200纳米的非晶层，大量尺寸为2—10纳米的金属Fe颗粒被包裹在层中目前，关于金属铁的形成机理还存在争议主要有两种观点，即微陨石等轰击铁橄榄石直接热分解和带电离子辅助分步还原

本研究中发现的FeO纳米颗粒和层状边缘显微结构表明所研究的铁橄榄石可能处于热分解的中期阶段，支持铁橄榄石在太阳风化作用下逐步还原的观点此外，化学元素和形貌分析发现，辉石和长石表面不含无定形层和挥发性外来元素，没有太阳耀斑穿过样品的痕迹，表明所研究的样品可能处于太阳风化中早期