嫦娥任务月壤样本研究揭示外源含氮有机物在月表的演化路径

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生命所需的碳、氮、氧、磷和硫等元素,被认为在太阳系早期通过小行星和彗星撞击等过程“输送”至地球与月球表面。这些外源物质可能为地球生命起源及早期演化提供化学基础,但由于地球地质活动与生物过程的长期改造,相关早期输入的直接记录已被大幅削弱。

与地球相比,月球地质活动相对有限,被研究人员视为保存早期太阳系物质信息的“时间胶囊”。在此背景下,一项最新研究首次对中国嫦娥五号和嫦娥六号任务带回的月壤颗粒表面含氮有机物进行了系统鉴定,并据此梳理出外源输送、撞击改性及持续太阳风作用共同定义的演化路径。

研究认为,月球不仅记录了小行星和彗星向内太阳系输送有机物的历史,也保存了这些物质在无大气天体环境中经历撞击与辐照后被改性的证据。该研究由中国科学院地质与地球物理研究所牵头,联合新墨西哥大学、长沙理工大学等机构完成,成果于4月8日发表在《Science Advances》上。

系统鉴定月壤中的含氮有机物

研究团队指出,此前在阿波罗月壤样品中曾检测到碳和氮,但月壤中含氮有机物的存在形态、来源及保存机制仍缺乏清晰认识。此次研究选取嫦娥五号与嫦娥六号带回的月壤颗粒,结合多种显微与光谱手段,对有机物的形态、化学键、功能基团以及稳定同位素组成进行系统表征。

结果显示,月壤表面有机物主要以颗粒状、表面附着状和包裹体状三类形态出现,尺度从亚微米到微米级,并常伴随典型月壤无机矿物颗粒。其化学成分以碳、氮、氧为主,结构多呈无定形;部分样品中还识别出酰胺功能基团。研究团队据此表示,月球有机物并非仅为石墨状碳等高度有序、近纯碳形态,而可能经历了更复杂的化学重组过程。

同位素证据指向撞击改性与再沉积

研究进一步发现,这些月球有机物的氢、碳、氮同位素组成整体上较碳质球粒陨石和小行星样品中的有机物更轻。研究团队认为,这一同位素特征与撞击事件触发的蒸发—凝结及再沉积过程相符:外来天体撞击在将有机物带至月表的同时,也可能引发其分解、挥发与迁移,并在矿物表面重新凝结,形成新的含氮与含氧结构。

发现太阳风植入“指纹”

研究还报告称,团队首次在月球有机物中识别出太阳风植入特征。纳米二次离子质谱(NanoSIMS)深度剖面结果显示,部分与表面相关的有机物在颗粒表面附近的氢同位素组成及氢碳比出现明显变化,指示这些物质在形成或沉积后长期暴露于月表环境,并持续受到太阳风辐照。

研究人员表示,这类太阳风植入特征可作为太阳风与物质相互作用的典型“指纹”,从而有效排除地球污染是这些有机物来源的可能性。

研究团队称,本项工作建立了识别与解析微观有机物及其演化过程的分析框架,所揭示的外源输送、撞击重构与空间风化改性的连续演化序列,为理解小天体物质演化以及早期太阳系有机物输送历史提供了新的线索。


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