▲嫦娥六号月壤研究揭示月表撞击中的碱金属原子冷凝新机制 （视频由AI生成）
陨石高速撞击月球表面，刹那间，数千度高温让月表岩石熔融气化，溅射而出的微小液滴骤冷凝结，化作撞击玻璃珠。它们如同时间胶囊，封存了撞击瞬间的理化信息。
近日，中国科学院地球化学研究所团队以嫦娥六号采集的月壤撞击玻璃珠为研究对象，揭示了月球高速撞击过程中钠、钾等碱金属的原子冷凝机制，提出了高速撞击形成短暂大气的氧化-还原机理，为无大气天体表面的物质循环研究提供了新视角。
研究发现，在撞击产生的高温（>2000 K）下，月表岩石蒸发形成硅酸盐大气，氧气分子解离成氧原子并优先逃逸，导致大气局部缺氧。这种环境使钠、钾以原子形式作用于玻璃液滴表面，并通过氧化还原反应在玻璃珠中留下了独特的化学“指纹”——边缘碱金属富集、氧化亚铁消耗、纳米金属单质铁生成。
01
独特的化学“指纹”
研究团队在嫦娥六号月壤样品中选出21颗撞击玻璃珠并分为两类。一类内部均匀致密，由完全熔融后快速淬火形成；另一类含有未熔融的矿物碎屑，熔融不充分。
其中，两颗玻璃珠结构特殊，边缘分布纳米级金属铁颗粒，其成分属于高地-月海混合型，与此前的嫦娥五号样品成分不同，为验证碱金属行为普适性提供对照样本。
▲两颗撞击玻璃珠背散射电子图像，及沿三个径向的电子探针微区成分剖面分析位置示意图
此后团队对两颗玻璃珠开展中心到边缘的高精度元素剖面分析，观察到碱金属从中心向边缘富集，氧化亚铁含量逐渐降低，边缘出现大量纳米级金属铁颗粒。
这种边缘碱金属富集-氧化亚铁消耗-纳米金属铁生成的特征，构成了完整的化学“指纹”，表明玻璃珠边缘曾经历特殊的氧化还原反应。
02
缺氧驱动原子冷凝
热力学计算显示，超高速撞击可产生超过2000 K的瞬时高温，使氧气分子解离为氧原子。氧原子质量更轻，会优先逃逸到太空，导致蒸气环境迅速缺氧。
正是这种缺氧环境，驱动了独特的氧化还原反应：钠、钾原子把玻璃珠里的氧化亚铁还原为金属铁，自身形成氧化物留在玻璃珠边缘，再向内部迁移并形成浓度差异。同时，两颗玻璃珠极速冷却，这种特征被瞬间“定格”并保留至今。
值得注意的是，这一碱金属蒸发凝聚行为与月球火山玻璃珠不同。月球火山玻璃珠形成温度低、氧气不解离，使碱金属以氧化物形式冷凝，不会还原氧化亚铁、生成金属铁，证实温度是决定碱金属元素在月表行为的关键。
▲嫦娥六号月壤研究揭示月表撞击中的碱金属原子冷凝新机制（图片由AI生成）
团队对比嫦娥六号和嫦娥五号带回的玻璃珠发现，二者来源和成分差异显著，但撞击玻璃珠中却有相同的化学“指纹”，由此证明钠、钾原子蒸气凝聚不受母岩成分影响，是超高速撞击固有的物理化学过程和月球表面普遍存在的机制，而且这种特征需要极速冷却才能保留。
该研究深化了对月球表面挥发性元素行为的认识，也为其他无大气天体的表面物质演化研究提供了理论支撑。
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.epsl.2026.119980
作者：李明洋、许英奎、朱丹
来源：中国科学院地球化学研究所
责任编辑：侯茜
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