由于缺乏磁場和大氣的保護，月球表面持續受到隕石和微隕石的轟擊。撞擊引起的氣化沉積作用是月表物質經歷的典型改造過程，該過程往往伴隨獨特礦物相的產生（例如：納米金屬鐵等礦物）。

(資料圖片僅供參考)

中國科學院地球化學研究所李陽研究團隊通過對嫦娥五號細粒月壤進行細致的掃描電鏡以及透射電鏡觀察，首次發現了具有蒸發沉積特征的藍輝銅礦礦物（Cu1.8S）。

該研究結果提供了月表硫化物在撞擊過程中發生氣化沉積的直接證據，月壤中藍輝銅礦的首次發現進一步拓寬了我們對月表復雜礦物組成的認識。該研究成果近期以封面文章的形式在Science Bulletin（《科學通報》）期刊發表。

氣化是月表巖石經歷撞擊事件時發生的重要過程，可以顯著改造月表的物質組成及元素分布特征。基于對阿波羅樣品的觀察結果，成熟的月壤顆粒表面普遍存在納米尺度的氣化沉積層物質，該層以富硫組分為典型特征并且往往伴隨有獨特礦物相的產生，如納米鐵顆粒（npFe0）和Hapkeite（Fe2Si）。此外，月球重結晶角礫巖中觀察到的網狀晶簇結構（vugs）內部也廣泛存在硫化物和金屬鐵等氣化沉積物質。因此，氣化沉積作用是月表物質演化的一個關鍵過程，該過程對于月球表面易揮發性組分的遷移以及獨特礦物的形成都至關重要。

硫化物是典型的易揮發性物質，行星體表面由撞擊或者巖漿熱作用產生的富硫蒸氣對行星體表層物質具有顯著的蝕變改造效應。隕硫鐵是月球巖石中最常見的硫化物礦物，相比之下，含銅硫化物在月球樣品中非常罕見，化學成分數據指示月球樣品中的銅硫化物主要是黃銅礦（CuFeS2）和方黃銅礦（CuFe2S3），這些銅硫化物一般被認為是由不混溶的含銅硫化物熔體結晶而來。近年來，有學者通過化學和結構數據綜合分析，在Itokawa返回樣品中確認了外源成因的硫化銅礦物，因此，碳質球粒隕石或彗星等撞擊體的并入也是地外樣品中含銅硫化物的重要來源之一。綜上，目前月球樣品中的銅硫化物礦物普遍缺乏結構數據的支撐，另一方面，月球表面是否存在銅硫化物礦物的多種形成機制還沒有得到確認。

基于對上述問題的思考，研究團隊通過多種電子顯微分析技術開展了嫦娥五號月壤中銅硫化物顆粒的識別工作，最終在玻璃質及金屬鐵顆粒表面發現藍輝銅礦礦物（Cu1.8S）的存在，該礦物的形成揭示了一種新的月表銅硫化物礦物的成因機制，即蒸發沉積作用。

嫦娥五號月壤中的藍輝銅礦晶體

研究團隊通過掃描電鏡-能譜儀的觀察，在一個直徑約2.5微米的月壤顆粒表面發現了大量含有銅組分的亞微米級球形顆粒分布。通過聚焦離子束切片技術以及透射電鏡分析，確認了該月壤顆粒主要由自形的純金屬鐵組成，并且其表面被厚度約為100納米的富銅硫相物質包裹，同時，與金屬鐵顆粒毗鄰的玻璃質表面也存在富銅硫相的分布。透射電鏡能譜面掃描以及電子能量損失譜的結果顯示，分布在玻璃質以及金屬鐵顆粒表面的富銅硫相物質僅由硫和銅兩種元素組成，并且缺乏鐵元素，該化學特征與地外樣品中常見的方黃銅礦以及黃銅礦等含銅硫化物明顯不同（圖1）。

圖1. 嫦娥五號月壤中蒸發沉積成因的藍輝銅礦

此外，電子能量損失譜的結果指示該銅硫相物質的CuL2,3譜與前人獲得的Cu+?Cu2+ 混合物類似，并且透射電鏡能譜定量的結果也顯示該銅硫相物質具有顯著高的Cu含量，因此，所研究的銅硫相物質內部含有一定比例的Cu+，并且其Cu/S原子比接近2。進一步根據不同晶帶軸的高分辨透射電鏡圖像結果，這些分布于嫦娥五號月壤顆粒表面的銅硫物質與藍輝銅礦（Cu1.8S）的晶體結構一致（圖3）。綜合化學成分及礦物結構的數據結果，嫦娥五號月壤顆粒表面的銅硫相物質最終被確定為藍輝銅礦晶體（圖2）。

圖2.藍輝銅礦的結構及成分數據

在金屬鐵顆粒以及相鄰的玻璃質表面都觀察到了藍輝銅礦的分布，并且這些藍輝銅礦的元素組成與基底物質明顯不同，這些微觀特征表明本研究中所觀察到的藍輝銅礦起源于月表的氣相沉積過程。結合月球火成巖巖相學特征以及藍輝銅礦與金屬鐵的密切空間接觸關系，進一步通過熱力學計算，推斷出該藍輝銅礦形成的物質來源更可能是由月球巖漿熔體直接結晶而來的含銅硫化物礦物（如方黃銅礦，黃銅礦）。本研究中藍輝銅礦的形成過程可以具體描述為，月球火成巖中的含銅硫化物在撞擊產生的熱環境中發生銅和硫元素的氣化并形成局部的富銅硫蒸氣，在隨后的冷卻過程中，這些氣相組分重新沉積在月壤顆粒表面形成藍輝銅礦晶體（圖3）。

然而，值得注意的是，外源撞擊體的并入也是地外樣品中含銅硫化物的重要來源之一。由于本研究的目標顆粒經歷了顯著的熱事件改造，因此，在氣化過程中元素的逃逸很難準確評估。綜上，盡管在該顆粒中沒有觀察到與外源撞擊體相關的化學成分線索，但也不能完全排除外源含銅物質對月壤顆粒表面藍輝銅礦形成的元素貢獻。

圖3 月壤中藍輝銅礦的蒸發沉積成因機制示意圖

（總臺央視記者 褚爾嘉）