斜長巖是月球上一類古老的巖石，主要由富鈣斜長石和少量鎂鐵質礦物組成。該巖石類型是在阿波羅11號返回樣品中發現，并據此提出了月球巖漿洋模型。深入認識斜長巖的形成和演化，對于理解巖漿洋的模型以及月球早期的演化歷史至關重要。

前人對阿波羅返回樣品和月球隕石中的斜長巖開展了大量的研究工作，發現其斜長巖的化學成分、Sr-Nd同位素和年齡變化顯著，這難以用經典的巖漿洋模型來解釋。因此，對于斜長巖成因，或其形成后是否受到后期改造作用，尚存在諸多爭論。

為進一步探討月球斜長巖的成因，中國科學院地球環境研究所研究團隊嘗試采用原位Rb-Sr同位素方法，并結合傳統主量和微量元素分析，對5塊月球角礫巖隕石中的28處斜長巖巖屑開展研究。研究結果表明，除了少數巖屑的87Sr/86Sr同位素比值與Apollo斜長巖相似外，大部分隕石中斜長巖巖屑具有非常高的87Sr/86Sr比值和極低的87Rb/86Sr比值（圖1）。

圖1 斜長巖巖屑的87Rb/86Sr比值與87Sr/86Sr關系投圖。

進一步地，研究團隊通過弱酸淋洗的方法，推測原生斜長巖形成后很可能受到了高Rb/Sr比值的月球晚期殘余的克里普物質（KREEP）的混入，因為KREEP具有非常高的Rb/Sr比值以及稀土元素含量，而低87Rb/86Sr很可能是長期的月表沖擊過程造成了Rb的丟失（圖1）。進一步模擬計算表明，形成斜長巖的Sr同位素變化范圍，大概需要1-6%的KREEP（圖2）。值得注意的是，斜長巖中很少見稀土磷酸鹽等礦物，可能是因為在以熔體交代前，稀土元素仍留在KREEP的源區。

圖2 模擬計算的克里普物質在斜長巖后期交代中的貢獻比例。

本研究從Rb-Sr同位素的視角，為月球斜長巖的成因提供了新制約：（1）月球斜長巖可能經歷了后期的混合和改造過程；（2）重新限定了斜長巖中KREEP混入的比例，從而表明月球斜長巖很可能比阿波羅返回的斜長巖成分更復雜。未來可通過對嫦娥五號和六號中斜長巖的研究，進一步破解月球的早期的演化和斜長巖成因之謎。

上述成果近期發表在國際巖石學期刊Lithos上。中國科學院地球環境研究所碩士研究生周晴為第一作者，地質與地球物理研究所田恒次副研究員和地球環境研究所賀茂勇研究員為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金、中國科學院青促會項目和地質與地球物理研究所重點部署項目共同資助。

Zhou, Q., Tian, H. C., Shan, L. Y., Hu, S., Yang, W., He, M. Y., Zhang, L., Lin, Y. T., Li, X. H. Revisiting the formation of lunar anorthosites via the Rb–Sr isotope systematics. Lithos, 2024, 486-487, 107780. https://doi.org/10.1016/j.lithos.2024.107780

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0024493724002937