月球土壤中鈦元素含量分析研究

羅禹

0引言

正像在所有行星探測中一樣，遙感探測技術在月球探測中是一個基本的手段，而紫外、可見以及近紅外一林反射光譜學則對于人們獲得月球表面的礦物學以及化學信息具有重要作用。鈦鐵礦是月球巖石中含量最多的氧化物以及月海玄武巖的主要成份之一，也是月球上含鈦元素的主要礦物。鈦元素在紫外以及可見光譜區域對軌道遙感所采集的光譜有著較大影響。獲得一個精確的月球表面鈦元素的分布一直以來都是月球科學的重要目標之一。了解鈦元素在月球上的分布可以幫助人們理解月球的火山活動以及理解月球地殼成分的空間分布。鈦元素的含量己經成功被人們用作月海玄武巖的分類參數之一。從遙感光譜中得到月壤中鈦元素含量是問題的關鍵，而已經有很多工作試圖把遙感得到的反射光譜中紫外一可見波段的反射率比與鈦元素的含量聯系起來。這其中包括了基于地基望遠鏡數據的分析，基于數據的分析，以及基于哈勃望遠鏡數據的分析。

1數據采集

本文中所采用的樣本數字來自阿波羅和阿波羅的兩種高鈦月壤。其中樣品是阿波羅的宇航員采集的月球表面樣品的小于毫米的部分，人們認為它是比較成熟的月壤。而另一個樣品則是阿波羅的一站所采集的樣品小于毫米的部分，而它被人們歸類為亞成熟月壤。在本研究中我們主要分析了這兩種樣品一微米粒徑的部分，并把分析數據與以前的一微米粒徑部分的結果進行了比較。

此次研究使用一個日本電子光學公司生產的型號為JEOLJXA8200電子探針對樣品中的化學成分作了分析。這個電子探針屬于圣路易斯華盛頓大學地球與行星科學系，它擁有5個波譜儀以及一個硅漂移能譜儀。在采集圖像的過程中，探針的加速電壓是15千伏，電子束的電流為25nA。

對所得的顆粒的詳細信息，我們對所研究的月壤顆粒進行了礦物學和巖性分析。可以得出結論。兩種月壤中最主要組分有粘連體以及玄武巖兩種。兩者總共占了大概60-70%的體積分數。其次，如粘連體或者角礫巖等包含多種礦物相的月壤顆粒的體積分數隨著月壤粒徑的減小而減少，而輝石以及橄欖石等單礦物月壤顆粒的體積分數則隨著月壤粒徑的減小而增加。最后，我們在兩種月壤樣品中都發現了少量的SiO2，而其具體礦物學還需要進一步研究。

2鈦元素分布

基于前面所得到的月壤的礦物學和巖石學成分的結果，我們利用質量平衡模型對月壤中各組分的含鈦量進行了計算。在計算的過程中，我們對月壤組分的密度做了近似。另外，在計算中我們還利用了電子探針得到的各月壤組分的鈦元素的含量。我們用同樣的方法對其他幾個樣品的數據也進行了分析。最后我們把所得到的鈦元素在兩種月壤中粒徑不同的各部分中不同組分的分布。可以得出結論，鈦元素主要分布在獨立的鈦鐵礦顆粒以及玄武巖中所包含的鈦鐵礦中。在71501月壤中，大概有80-90%的鈦元素分布在鈦鐵礦月壤顆粒和玄武巖月壤顆粒中，而兩者之間鈦鐵礦顆粒占主導。在10084月壤中，大約65-85%的鈦元素分布在鈦鐵礦月壤顆粒和玄武巖月壤顆粒中，而在這里是玄武巖占主導。在10084中，粘連體大約含有10-200的鈦元素，在71501中這個數值大約是4-10%。在兩種月壤中，玻璃、角礫巖以及輝石所含的鈦元素的和都不到10%。

3結論

兩種富鈦月壤中占主導地位的鐵鈦氧化物為鈦鐵礦，其他相關的礦物很少見，如阿姆阿爾柯爾礦、鈦尖晶石或者金紅石等。在兩種月壤中，粘連物和角礫巖的體積含量都隨著月壤粒徑的減小而減少。但是，單礦物月壤顆粒所占的體積比例則隨著月壤粒徑的減小而增加。這種現象可以用多相共生的角礫巖碎裂為更小、單相的月壤顆粒來解釋。在相對更成熟的月壤中，更多的鈦元素存在于玄武巖中的較小的鈦鐵礦顆粒中。而在亞成熟的月壤中，更多的鈦元素分布于較大的單相鈦鐵礦顆粒中。這種不同可能反應了兩種月壤中鈦鐵礦的起源礦物的性質不同。我們沒有發現鈦元素的分布隨著月壤粒徑大小的改變而改變，然而我們卻發現月壤中鈦鐵礦顆粒的形狀隨之有較小的變化。

參考文獻：

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（作者單位：成都理工大學地球物理學院）