您现在的位置: 首页 > 网站导航收录 > 百科知识百科知识

玻璃材质参数(月球玻璃)

月球,玻璃,太阳风玻璃材质参数(月球玻璃)

发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

03月球上的各种玻璃物质

3.1 火山玻璃

月球火山玻璃是由月球火山喷发出来的微小液滴快速冷却形成的玻璃颗粒。月球火山喷发的时候在流淌出大量岩浆的同时，还会由于气体的脱熔剧烈释放，产生熔岩喷泉，将熔化的岩浆分散为大量细小的液珠。这些细小的液珠快速冷却会形成包含有玻璃颗粒的火山碎屑。喷发在月球真空环境中的火山物质可以扩散很远，覆盖广阔的区域，因此火山玻璃在月球上分布非常广泛。这些火山液珠在表面张力的作用下会在飞行过程中倾向于形成球形，最终冷却为大小不一的玻璃颗粒，其尺寸在1 mm以下，且大多小于300 µm[4，37]。火山玻璃和撞击玻璃都是熔化液体快速冷却形成的，都可能形成球状颗粒，因此无法仅从形状判断是火山玻璃还是撞击玻璃。研究人员基于对Apollo月壤样品的研究提出了火山玻璃区别于撞击玻璃的6项特征[8，37，38]：(1)通常没有不均一的包裹体；(2)非挥发性的化学成分分布更加均匀；(3)主要元素的含量具有高度聚类特征；(4)具有更高的Mg/Al比值；(5)不同火山玻璃都有着较为均一的Ni含量；(6)表面的挥发分含量更高。作者所在的团队对CE5中大量的玻璃颗粒进行了结构和成分的分析，发现它们大部分都是撞击玻璃，火山玻璃很少[34]。

月球在距今约40亿至20亿年时间内经历过多次剧烈的火山喷发过程，火山喷发产生的火山玻璃具有和火山活动一样的年龄，记录着月球内部不同时期不同地点的重要信息，涉及到对月球起源和岩浆活动等重大问题的认识。火山玻璃所保存的最关键的信息之一就是各种挥发分，包括H2O，C，S和Cl等[18，20，21，39]。主流的观点认为月球起源于原始地球形成过程中的一次大撞击[16]，因此人们长期认为月球上的水等各种挥发分已经被撞击导致的高温环境耗竭，但是2008年报道了月球火山玻璃中水的发现，颠覆了人们对于一个干的月球的长期认识[17，20]，引发了人们对于月球起源和月球内部水的来源的研究。之后人们利用同位素分析的手段，发现月球火山玻璃中的水和地球内部的水具有难以分辨的同位素成分，且都和碳质球粒陨石中水的同位素成分近似，说明月球和地球内部的水可能都来自于宇宙陨石[21]。近期卫星探测的结果发现月球内部现在仍然在释放大量的碳，释放量远大于陨石撞击、太阳风注入等外部补充的碳含量，意味着月球内部可能含有大量原生的碳物质，而且空间扫描发现年轻的平原地区可能含有更多的碳[17]。本次采集的CE5月壤恰好是来自这样的地区，是迄今为止人类获得的最年轻的火山岩(20亿年左右)[29]，未来对其中火山玻璃的发掘和成分探测，也许会帮助我们进一步认识月球中水和碳等关键挥发分的分布和起源，甚至揭示地球中水和碳等生命所必需的元素的起源。

3.2 撞击玻璃

撞击玻璃是由陨石高速撞击月球表面，熔化物质飞溅出来的熔融液珠在飞行过程中快速冷却形成的玻璃颗粒。Apollo月壤样品中，撞击玻璃大概占据了月壤的3%—5%，在1g月壤中会有数百个大小不等的撞击玻璃颗粒，其尺寸分布在几十纳米到几个厘米之间，最近我国的玉兔2号月球车还在月球背面发现了透明的撞击玻璃球，直径可达2.5 cm[4，7]。撞击玻璃比火山玻璃表现出更大的结构和成分不均匀性，大于1 mm的撞击玻璃通常还会保存有各种月球矿石或陨石的碎片[9]。撞击玻璃的形状由撞击产生的熔体粘度、熔体表面张力、溅射冲击力和液滴旋转导致的离心力共同决定[40]。在CE5月壤样品中发现了大量旋转形状的撞击颗粒，涵盖了球形、椭球形、哑铃形和泪滴形等多种形态(图3)。这是因为撞击产生的液滴会在飞溅出来时发生旋转，产生离心力将球状液滴拉长，形成椭球及哑铃形等各种拉伸形状[41—43]。我们对CE5月壤中的上百个撞击玻璃进行了成分分析，发现其主要成分呈现出明显的聚类特征，并且和月壤样品的平均成分类似，说明这些撞击玻璃是由陨石撞击到表层月壤上熔化冷却形成的，而非来源于某类特定的月球矿物[9]。

撞击是月球表面最活跃的地质活动，对于月球的演化具有重要的影响[7，9，44]。这些高能量的撞击塑造了月球现在“千疮百孔”布满撞击坑的表面[45，46]。大小各异的陨石持续地破坏着表面的岩石，在不同尺度上不停地破碎、研磨、搅拌、翻腾和熔化岩石，最终创造了可以厚达几米的月壤[7]。来自太阳系的陨石有时候还会含有H2O、C和S等挥发分，可能是月球表面水等物质的重要来源[21，47]。地球和月球同属于一个引力体系，在远古时期落在月球上的陨石也很可能会落在地球上，给地球带来了H2O、C和有机物，最终导致了生命的诞生[21，39，48]。地球上存在着持续的地质变迁、生物活动以及水和大气的风化，很多远古的撞击已经无迹可寻[44]。而月球上相对沉寂的环境则使这些撞击痕迹得以保存，这些保存完好的撞击实际上也是整个太阳系内撞击历史的反映[19]。因此月球上的撞击不仅对月球研究意义重大，对于重现太阳系内撞击历史和理解地球生命的起源同样十分重要[9，44]。

图3 CE5 月壤中玻璃颗粒的扫描电镜照片 (a)作者所在团队申请到的 CE5月壤样品的照片；(b)—(d)圆润的球形玻璃颗粒；(e)—(h)从球形到椭球再到哑铃状等具有旋转形状的撞击玻璃颗粒

尽管撞击坑是月球上撞击最直接的证据，但是对于撞击环境和历史的深入研究则高度依赖于撞击产生的各种玻璃[9，19，44]。例如，从撞击玻璃的形态、结构和含量出发，我们可以了解月球上不同地区的撞击环境如撞击的频率和强度等[9]。撞击产生的炙热熔浆还有一定的几率包裹住陨石或者月球矿物的碎片，并形成玻璃，这样撞击玻璃将以无与伦比的超稳定性保存这些远古的物质，成为研究陨石运输的太空物质的绝佳样品。进一步还可以测定撞击玻璃的年龄，大量撞击玻璃的年龄分布就可以帮助粗略重构出月球表面或者说太阳系内撞击通量的时间分布[9，19]。如果在某个年代附近撞击玻璃数量明显比较高，就说明这个时期月球表面受到的太阳系内撞击很多。从撞击玻璃给出的太阳系内撞击历史图像中，可以研究超长时间尺度内太阳系的演化，也可以去关注某个具体时期，比如地球生命起源的时期太阳系内的撞击环境，从而研究陨石撞击和生命起源的潜在联系。现在测定撞击玻璃的年龄通常使用同位素方法，对样品的要求较高，而实际上玻璃本身就表现出对历史的记忆效应，相似条件产生的玻璃物质，在经过不同时间的弛豫(老化)之后，其能量和结构也会发生对应的变化，根据老化时间和结构的对应关系，也有可能在未来发展出一套新的测定玻璃年代的方法[49—51]。

月球火山和撞击玻璃能够保存远古物质、记录月球信息的先决条件是玻璃能够在月球环境中长期稳定存在。月球上的火山喷发和随机的撞击等过程会产生各种不同成分和结构的玻璃颗粒。松山湖材料实验室的月壤研究团队发现CE5月球玻璃具有超高的稳定性[35]。CE5月壤中形成于亿万年前的撞击玻璃球在月球表面陨石撞击、冷热循环和太空辐照等恶劣环境下能够稳定存在至今，说明这些玻璃球不仅具备优异的热稳定性，还具有良好的抗太空辐照性能。对月壤的热力学测试和玻璃热力学特征参数的计算[52]进一步解释了月球玻璃超稳定性的物理起源。月壤中年龄高达几十亿年的超稳定玻璃或许是人类现在所能获得到的最古老的玻璃，这些远古的玻璃不仅对认识月球历史至关重要，也为未来星际探索必要的防太空辐照材料，以及核废料存储玻璃等材料的设计提供了重要参考。

 2/4   首页 上一页 1 2 3 4 下一页 尾页