文｜《中国科学报》记者陈欢欢

中国科学院地球化学研究所与山东大学月球样品联合研究团队通过分析嫦娥六号返回的月球南极-艾肯盆地月壤样品，首次发现了赋存三价铁离子的赤铁矿和磁赤铁矿矿物，为月球表面存在强氧化性物质提供了直接的样品证据。这一发现不仅揭示了月球表面并非如长期认为的那样“完全还原”，也为破解月球表面磁异常与大型撞击事件的成因提供了关键线索。相关研究成果11月15日发表于《科学进展》。

嫦娥六号月壤中铁氧化物形成过程的示意图。中国科学院地球化学研究所供图

氧化还原作用是行星形成演化过程的重要组成部分。月球表面由于没有大气保护且缺乏水，整体处于还原环境，几乎不可能存在强氧化物。因此，月球上含铁矿物中铁元素的价态主要以零价和二价存在。不过，随着对月球研究的深入，研究人员在嫦娥五号样品中首次发现了二价铁和三价铁混合的亚微米级磁铁矿，并在撞击玻璃质中发现三价铁的赋存。此外，月球轨道遥感数据分析也推测在月球高纬度地区可能存在赤铁矿。但迄今，月球表面是否广泛存在氧化作用一直存在争议，缺乏直接的矿物学证据。

2024年，嫦娥六号首次从月球南极-艾特肯盆地内部采集并带回月壤样品。研究团队在其中首次发现了微米级赤铁矿，通过微区电子显微谱学、电子能量损失谱和拉曼光谱等技术联用，确认了赤铁矿颗粒的晶格结构以及独特的产状特征，证实其为月球原生矿物而非后期污染。

中国科学院地球化学研究所特聘高级工程师李瑞告诉《中国科学报》，赤铁矿是月球上极具代表性的强氧化物。它的原生存在印证了月表确实存在部分强氧化环境，突破了以往的认知。

李瑞表示，虽然月球赤铁矿的成分和地球上一样都是三氧化二铁，成因却存在明显差异。地球由于富含水和氧气，极易形成三价铁的氧化物，但月球环境截然不同，其形成可能与月球历史上的大型撞击事件密切相关。此次发现样本的南极-艾特肯盆地是太阳系中最大、最古老的撞击盆地之一，其形成所伴随复杂的撞击环境，为研究月球表面氧化反应提供了理想的天然实验室。

该研究提出，当大型撞击事件产生的高温使月表物质气化并形成瞬时高氧逸度气相环境时，陨硫铁发生了脱硫反应，铁离子在高氧逸度环境中被氧化，并经历气相沉积过程形成微米级晶质的赤铁矿，同时共生形成了具有磁性的磁铁矿和磁赤铁矿。此外，月球表面广泛存在磁异常这一特殊的地质特征，其成因仍未得到有效的解释，而氧化作用与载磁矿物的形成具有密切相关性，因此该研究或可为月表磁演化过程提供关键证据。

 相关论文信息： https://doi.org/10.1126/sciadv.ady5169