斜长岩是月球上一类古老的岩石，主要由富钙斜长石和少量镁铁质矿物组成。该岩石类型是在阿波罗11号返回样品中发现，并据此提出了月球岩浆洋模型。深入认识斜长岩的形成和演化，对于理解岩浆洋的模型以及月球早期的演化历史至关重要。
前人对阿波罗返回样品和月球陨石中的斜长岩开展了大量的研究工作，发现其斜长岩的化学成分、Sr-Nd同位素和年龄变化显著，这难以用经典的岩浆洋模型来解释。因此，对于斜长岩成因，或其形成后是否受到后期改造作用，尚存在诸多争论。
为进一步探讨月球斜长岩的成因，中国科学院地球环境研究所研究团队尝试采用原位Rb-Sr同位素方法，并结合传统主量和微量元素分析，对5块月球角砾岩陨石中的28处斜长岩岩屑开展研究。研究结果表明，除了少数岩屑的87Sr/86Sr同位素比值与Apollo斜长岩相似外，大部分陨石中斜长岩岩屑具有非常高的87Sr/86Sr比值和极低的87Rb/86Sr比值（图1）。
图1 斜长岩岩屑的87Rb/86Sr比值与87Sr/86Sr关系投图。
进一步地，研究团队通过弱酸淋洗的方法，推测原生斜长岩形成后很可能受到了高Rb/Sr比值的月球晚期残余的克里普物质（KREEP）的混入，因为KREEP具有非常高的Rb/Sr比值以及稀土元素含量，而低87Rb/86Sr很可能是长期的月表冲击过程造成了Rb的丢失（图1）。进一步模拟计算表明，形成斜长岩的Sr同位素变化范围，大概需要1-6%的KREEP（图2）。值得注意的是，斜长岩中很少见稀土磷酸盐等矿物，可能是因为在以熔体交代前，稀土元素仍留在KREEP的源区。
图2 模拟计算的克里普物质在斜长岩后期交代中的贡献比例。
本研究从Rb-Sr同位素的视角，为月球斜长岩的成因提供了新制约：（1）月球斜长岩可能经历了后期的混合和改造过程；（2）重新限定了斜长岩中KREEP混入的比例，从而表明月球斜长岩很可能比阿波罗返回的斜长岩成分更复杂。未来可通过对嫦娥五号和六号中斜长岩的研究，进一步破解月球的早期的演化和斜长岩成因之谜。
上述成果近期发表在国际岩石学期刊Lithos上。中国科学院地球环境研究所硕士研究生周晴为第一作者，地质与地球物理研究所田恒次副研究员和地球环境研究所贺茂勇研究员为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、中国科学院青促会项目和地质与地球物理研究所重点部署项目共同资助。
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