嫦娥六号月壤首现晶质赤铁矿和磁赤铁矿

氧化还原作用是行星形成演化过程的重要组成部分。与地球不同，月球由于缺乏大气保护，在大碰撞过程中丢失了大量的水等挥发分，致使其内部具有较低的氧逸度，铁元素主要以二价和零价形式存在，整体处于还原状态。然而，随着对月球研究的深入探索，近年来月球轨道遥感利用可见近红外光谱的研究推测在月球高纬度地区可能广泛存在赤铁矿；在嫦娥五号样品研究中，首次发现了撞击成因的亚微米级磁铁矿（Fe₃O₄），以及在撞击玻璃质中发现Fe³⁺的赋存等证据，足以说明在月表以外部撞击为主的改造过程中确实存在局部的偏氧化环境。但迄今月球是否存在强氧化矿物（如，赤铁矿）仍缺乏直接的矿物学证据，关于月球表面是否广泛存在氧化作用以及氧化特征矿物一直存在较大的争议。

近日，中国科学院地球化学研究所与山东大学、云南大学联合团队，在嫦娥六号月壤中首次发现了大型撞击事件成因的微米级赤铁矿（α-Fe₂O₃）和磁赤铁矿（γ-Fe₂O₃）矿物，并通过微区电子显微谱学、电子能量损失谱技术和拉曼光谱技术的联用，确认了月球原生赤铁矿颗粒的晶格结构以及独特的产状特征。

图 1. 嫦娥六号月壤中铁氧化物矿物的形态、成分和晶体结构。

研究表明，赤铁矿的形成极有可能与月球历史上的大型撞击事件密切相关。当大型撞击的高温使月表物质气化，形成瞬时高氧逸度气相环境；同时，使得陨硫铁发生了脱硫反应。铁离子在高氧逸度环境中被氧化，经历气相沉积过程形成了微米级晶质的赤铁矿，并共生形成了具有磁性的磁铁矿和磁赤铁矿。赤铁矿的存在揭示了一种全新的月球氧化反应机制。此外，月球表面广泛存在磁异常这一特殊的地质特征，其成因仍未得到有效的解释，而氧化作用与载磁矿物的形成具有密切相关性，本研究首次揭示了大型撞击事件在月球等无大气天体表面磁化过程中的关键作用。

图2. 嫦娥六号月壤中铁氧化物形成过程示意图

本研究成果近期已在国际综合性期刊Science Advances上正式发表，论文标题为“Discovery of crystalline Fe₂O₃ in returned lunar soils”。本研究工作得到了国家航天局嫦娥六号月球样品（CE6C0300YJFM00301）的支持，并获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、中国博士后科学基金等资助。

论文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.ady5169

作者：李瑞