钛铁矿在月表水分布与存储中的“双重作用”

科技日报记者 陆成宽

月球上的水从哪里来？又是如何保存和变化的？这不仅是理解月球演化的关键，也对未来开发利用月球资源具有重要意义。记者1日从中国科学院国家空间科学中心获悉，通过分析嫦娥五号月球样品中的钛铁矿颗粒，我国科研人员首次揭示钛铁矿在月表水分布与存储中的“双重作用”。相关研究成果在线发表于《自然-通讯》杂志。

太阳风注入的氢（H）是月表水的重要来源。以往对嫦娥五号月壤中橄榄石、辉石等硅酸盐矿物的分析发现，这些矿物表层水含量很高，且主要来自太阳风。但近期有遥感观测显示，月表水的分布似乎与钛的含量有关：低钛区域含水量通常高于高钛月海玄武岩区域，且富钛区域水的日变化更明显。这一现象在科学界引发了不小的争议。

“为了厘清这一问题，我们对嫦娥五号月壤中挑选出的11颗钛铁矿颗粒展开精细分析。结果显示，这些颗粒表层确实含有水，其氢同位素特征表明它们的确来自太阳风。”论文第一作者、中国科学院国家空间科学中心副研究员徐于晨告诉记者，但与硅酸盐矿物中的高含水量相比，钛铁矿中的水明显偏少。

为什么同样暴露在太阳风下，钛铁矿的“存水”能力却较差？通过高分辨率透射电镜观察，研究人员发现钛铁矿在太阳风辐照下会产生大量囊泡、晶格缺陷和纳米金属铁。“尤其值得注意的是，其囊泡结构比硅酸盐矿物发育得更显著。这些囊泡中检测到了氦，却没有水分子或羟基，这说明水可能难以在其中稳定保存。”徐于晨说。

“出现这一现象的原因可能是，钛铁矿中的铁-氧和钛-氧化学键较弱，虽然更容易与太阳风中的氢结合生成水，但同时也会形成大量囊泡结构。”徐于晨进一步解释道，“当囊泡内气压过高时，反而会导致水的逃逸。加之月球表面昼夜温差大、微陨石撞击频繁，会促使水分子从钛铁矿中扩散逃逸。”

论文通讯作者、中国科学院地质与地球物理研究所研究员田恒次表示，这一发现成功解释了为什么月球上高钛区域水的日变化更显著：钛铁矿一边高效“造水”，一边却难以“保水”。这项研究不仅深化了对月球水循环的理解，也为未来月球探测和原位水资源利用提供了重要参考。