月壤中发现富含水分子的矿物 – 材料牛
月球是月壤否存在水,一直是现富月球科学研究与资源利用的核心议题,吸引了学术界长达数十年的含水关注。历史上,矿物阿波罗任务采集的材料月壤中没有发现任何含水矿物,曾一度让科学界认为月球是月壤干燥的荒漠。直到近年来,现富一系列遥感任务在月球两极的含水永久阴影区和部分月球光照区,发现了月球水存在的矿物证据。运用高灵敏度的材料表征技术,人们陆续在部分阿波罗样品中发现了PPM(百万分之一)量级的月壤“水”(羟基OH-)。截至目前,现富返回的含水月壤中依然没有发现水分子(H2O)存在的确凿证据。分子水在月表的矿物存在形式也一直不为人知。
最近,材料中国科学院物理研究所陈小龙研究员,金士锋副研究员、博士生郝木难等与北京科技大学郭中楠副教授,天津大学殷博昊工程师,中国科学院青海盐湖所马云麒研究员等合作,在嫦娥五号带回的月球样本中,发现了月球上一种富含水分子和铵的未知矿物晶体。这一发现标志着首次在月壤中发现了分子水,同时揭示了水分子和铵在月球上的真实存在形式。
通过高精度的单晶衍射和化学分析,研究人员确定了该矿物的分子式为(NH4,K,Cs,Rb) MgCl3·6H2O,是一种水合矿物(图1)。其结构中含有多达六个结晶水,水分子在样品中的质量比高达41%(图2)。红外和拉曼光谱可以清晰的观察到水分子和铵的振动峰(图1),电荷密度分析可以分辨出水分子中的氢(图2)。该矿物的晶体结构与地球上近年来发现的一种稀有火山口矿物相同。在地球上,该类矿物是由热玄武岩与富含水和氨的火山气体相互作用形成,暗示了月球水与火山活动的紧密联系。
为了确保这一发现的准确性,研究人员进行了严格的化学和氯同位素(37Cl/35Cl)分析。纳米二次离子质谱(NanoSIMS)数据表明,该矿物的Cl同位素组成和地球矿物显著不同,其δ37Cl值高达24‰,与月球上的矿物相符(图3)。对该矿物化学成分和形成条件的分析,进一步排除了地球污染或火箭尾气作为这种水合物的来源。该六水矿物的存在对于月球火山气体的组成形成重要的约束。基于热力学分析,当时月球火山气体中水的含量下限与目前地球中最为干燥的Lengai火山相当(图4),这对于我们理解月球的演化过程具有重要意义。这些发现揭示了一个复杂的月球火山脱气历史。
这种水合矿物的发现还为我们揭示了月球上水分子可能存在的一种形式——水合盐。与易挥发的水冰不同,这种水合物在月球高维度地区(嫦娥5号采样点)非常稳定。这意味着,即使在广阔的月球阳光照射区,也可能存在这种稳定的水合盐,为月球资源的利用和探索提供了更为广阔的前景。月球表面水合矿物的发现标志着对月球水和铵研究的重大突破,也为未来月球资源的开发和利用提供了新的可能性。
相关成果以Evidence of a hydrated mineral enriched in water and ammonium molecules in the Chang'e-5 lunar sample 在线发表于 Nature Astronomy 2024,详细内容参见链接 https://doi.org/10.1038/s41550-024-02306-8,金士锋副研究员和郝木难为共同第一作者,陈小龙研究员为通讯作者。探月与航天工程中心为该研究提供了月壤样品(CE5C0400),该研究得到了中科院重点部署项目(ZDBS-SSW-JSC007-2),中科院网信专项(CAS-WX2021SF-0102)等项目的资助。
图1. ULM-1的照片和成分组成。a. CE5土壤样本的照片,b.ULM-1单晶照片,c. EDS光谱,d. EPMA光谱,e.拉曼光谱,f. IR光谱。
图2.ULM-1的晶体结构和电荷密度。
图3.不同地球和地外行星物质中氯同位素的分布。
图4.ULM-1结晶对月球火山气体中水逸度的限制。
封面图
(责任编辑:)
- ·华北理工秦安军教授&唐本忠院士Macromolecules: 三键单体两同氰基乙酸酯的单组会集开反映反映制备散咪唑 – 质料牛
- ·Nature子刊:两元钙钛矿锰氧化物Mn2O3中自旋迷惑的多铁性 – 质料牛
- ·中科院化教所Advanced Materials:流体图案化的同样艰深格式及其正在制制微型器件中的操做 – 质料牛
- ·好国空军钻研魔难魔难室Metall. Mater. Trans. A:解稀航空质料的焊接足艺 – 质料牛
- ·中北小大教AEM:商讨锌离子正在钒酸钠中的能量存储机理 – 质料牛
- ·Adv. Energy Mater.: 反卵黑石挨算碳包覆过渡金属硫化物量子面纳米复开质料用于下功能储钠 – 质料牛
- ·今日Nature:半导体智能衣 – 质料牛
- ·上海交小大邓涛团队邬剑波&朱虹&减州小大教潘晓阴Nano Letters:邻位单簿本协同熏染感动的下效及下抗CO毒化燃料电池氧复原复原催化剂 – 质料牛
- ·唐本忠院士团队Adv. Funct. Mater.:苝两酰亚胺替换的三苯乙烯有机收光质料及其功能钻研 – 质料牛
- ·OpenAI迈步7万亿好圆芯片帝国目的,汉威科技总体与北京港华签定策略开做战讲
- ·检测金属删材制制中的孔隙登上Science – 质料牛
- ·新诗“知足洋洋马蹄徐,一日看尽少安花,形貌的是甚么场景
- ·哥小大杨远Adv.Mater.专访: 新功能让咱们离柔性锂电池更远一步 – 质料牛
- ·检测金属删材制制中的孔隙登上Science – 质料牛
- ·浑华小大教Nature Energy:斥天下功能高温量子传导电解量 – 质料牛
- ·《侠匪猎车足5》宣告线下模式更新概况确定11月11日上岸次世代主机
- ·北京纳米能源所Nano Energy:压电光电子教效应后退抗菌战悲痛愈开 – 质料牛
- ·小大算力浪潮下,国产先进启拆足艺患上到了若何的下场?里临若何的挑战?
- ·蚂蚁庄园4月14日谜底是甚么
- ·《一拳超人》齐3D好汉编成总体战争《正义真止》中国预约正式匹里劈头
- ·检测金属删材制制中的孔隙登上Science – 质料牛
- ·热冻电镜钻研锂介导的氨分解机制登上Nature Energy! – 质料牛
- ·喷香香港皆市小大教朱剑豪团队Adv. Mater.:可用于室温的VO2/TiN等离子体热变色智能涂层 – 质料牛
- ·《一拳超人》齐3D好汉编成总体战争《正义真止》中国预约正式匹里劈头
- ·催化小大牛联足,从污水中制与乙烯! – 质料牛
- ·微疑个人黑包启里定制恳求流程是甚么
- ·5月5日NBA西部半决赛8:30水箭VS怯妇G3视频直播
- ·2021年520出租神彩包有哪些