氧化還原作用是行星形成演化過程的重要組成部分。與地球不同，月球由于缺乏大氣保護(hù)，在大碰撞過程中丟失了大量的水等揮發(fā)分，致使其內(nèi)部具有較低的氧逸度，鐵元素主要以二價和零價形式存在，整體處于還原狀態(tài)。然而，隨著對月球研究的深入探索，近年來月球軌道遙感利用可見近紅外光譜的研究推測在月球高緯度地區(qū)可能廣泛存在赤鐵礦；在嫦娥五號樣品研究中，首次發(fā)現(xiàn)了撞擊成因的亞微米級磁鐵礦（Fe₃O₄），以及在撞擊玻璃質(zhì)中發(fā)現(xiàn)Fe³⁺的賦存等證據(jù)，足以說明在月表以外部撞擊為主的改造過程中確實(shí)存在局部的偏氧化環(huán)境。但迄今月球是否存在強(qiáng)氧化礦物（如，赤鐵礦）仍缺乏直接的礦物學(xué)證據(jù)，關(guān)于月球表面是否廣泛存在氧化作用以及氧化特征礦物一直存在較大的爭議。

近日，中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所與山東大學(xué)、云南大學(xué)聯(lián)合團(tuán)隊，在嫦娥六號月壤中首次發(fā)現(xiàn)了大型撞擊事件成因的微米級赤鐵礦（α-Fe₂O₃）和磁赤鐵礦（γ-Fe₂O₃）礦物，并通過微區(qū)電子顯微譜學(xué)、電子能量損失譜技術(shù)和拉曼光譜技術(shù)的聯(lián)用，確認(rèn)了月球原生赤鐵礦顆粒的晶格結(jié)構(gòu)以及獨(dú)特的產(chǎn)狀特征。

圖?1. 嫦娥六號月壤中鐵氧化物礦物的形態(tài)、成分和晶體結(jié)構(gòu)。

研究表明，赤鐵礦的形成極有可能與月球歷史上的大型撞擊事件密切相關(guān)。當(dāng)大型撞擊的高溫使月表物質(zhì)氣化，形成瞬時高氧逸度氣相環(huán)境；同時，使得隕硫鐵發(fā)生了脫硫反應(yīng)。鐵離子在高氧逸度環(huán)境中被氧化，經(jīng)歷氣相沉積過程形成了微米級晶質(zhì)的赤鐵礦，并共生形成了具有磁性的磁鐵礦和磁赤鐵礦。赤鐵礦的存在揭示了一種全新的月球氧化反應(yīng)機(jī)制。此外，月球表面廣泛存在磁異常這一特殊的地質(zhì)特征，其成因仍未得到有效的解釋，而氧化作用與載磁礦物的形成具有密切相關(guān)性，本研究首次揭示了大型撞擊事件在月球等無大氣天體表面磁化過程中的關(guān)鍵作用。

圖2. 嫦娥六號月壤中鐵氧化物形成過程示意圖

本研究成果近期已在國際綜合性期刊Science Advances上正式發(fā)表，論文標(biāo)題為“Discovery of crystalline Fe₂O₃?in returned lunar soils”。本研究工作得到了國家航天局嫦娥六號月球樣品（CE6C0300YJFM00301）的支持，并獲得國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、中國博士后科學(xué)基金等資助。

論文鏈接：https://doi.org/10.1126/sciadv.ady5169

作者：李瑞