近日，北京大学地球与空间科学学院、香港大学、布朗大学和北京离子探针中心等国内外研究机构合作，在国际权威期刊 《Communications Earth & Environment》 在线发表了题为“Elevated ilmenite in lunar nearside cumulates revealed by extremely high-Ti glass beads augmented large-scale volcanism”的研究论文。该研究通过对嫦娥五号月壤中一类罕见的极高钛撞击玻璃珠开展系统的岩石学、地球化学和相平衡模拟研究，揭示了月球近侧风暴洋克里普地体（PKT）下方深部存在异常富集的含钛铁矿堆积体（IBC），并定量阐明了该富钛层对驱动月球近侧大规模火山活动的关键作用。

月球近远侧在月海玄武岩分布、地壳厚度及成分上呈现显著的不对称性，其成因是月球科学领域长期未解的核心问题之一。尽管已有研究提出放射性生热元素（KREEP）或含钛铁矿堆积体（IBC）的富集可能是导致近侧火山活动远强于远侧的主要原因，但由于缺乏直接的深部样品约束，这两种模型，特别是IBC在其中的具体贡献机制，仍有待深入检验。

图1 嫦娥五号月壤中发现的极高钛玻璃珠的电子探针分析结果

研究团队对嫦娥五号月壤中的一类稀有撞击玻璃珠展开了深入研究（图1）。这些玻璃珠具有极高的TiO₂（16-25 wt%）和FeO（25-35 wt%）含量，显著超过了目前已报道的月球样品（图2）。通过详细的岩相学和地球化学分析，团队首先排除了撞击过程导致的成分变异以及局部月岩熔融的可能，确认这些玻璃珠的化学成分直接代表了其前体岩石的本质特征。

图2 极高钛玻璃珠的地球化学特征及其与各类月球样品的对比

进一步的岩石学模拟（图3）表明，这些玻璃珠的前体岩石并非普通玄武岩岩浆演化的产物，其矿物组合（单斜辉石+钛铁矿+斜长石±橄榄石）和比例（钛铁矿高达24-38 vol%）与月球岩浆洋（LMO）结晶晚期的钛铁矿堆晶岩（IBC）高度一致。稀土元素模拟也支持其母岩经历了与KREEP组分的混合，属于LMO结晶晚期的产物。这意味着，这些被撞击挖掘出来的玻璃珠，很可能直接来自月球风暴洋区域下方深部的原始IBC层。

图3 极高钛玻璃珠的前体岩石及矿物成分

基于此，研究团队进一步恢复了月球正面IBC的原始矿物组合。通过考虑不同比例的斜长石浮离进入月壳，计算表明，形成这些玻璃珠前体岩石的原始堆晶岩中，钛铁矿的体积含量高达15-20 vol%（图4），显著高于目前月球岩浆洋模型预测的平均水平（<10 vol%）。这首次从样品角度揭示了月球正面下方的IBC层可能远比我们想象的更富含钛铁矿。

图4 极高钛玻璃珠的热力学建模结果

如此高的钛铁矿含量对地幔熔融行为产生了决定性影响。相平衡计算显示（图4），与平均IBC成分相比，本研究所揭示的富钛铁矿IBC的固相线温度降低了约80°C。在相同的热条件下（如3 kbar压力下），其部分熔融程度从20-30 vol%显著提升至60-70 vol%。这意味着，月球近侧的IBC层不仅更易导致月幔发生熔融，而且熔融程度更高，从而为大规模、长期持续的火山活动提供了充沛的岩浆源。综合以上发现，研究提出了一个由IBC成分横向不均一性主导的月球火山活动不对称演化模型（图5）。模型认为，月球正面下方的IBC层钛铁矿含量显著高于背面，导致其密度更大、熔点更低，在后期地幔翻转和热演化过程中更易发生大规模部分熔融，从而形成PKT区域巨量的玄武岩喷发。该推论与月球全球钛含量分布、GRAIL重力梯度异常及大地电磁测深所揭示的PKT下方高密度、高电导率异常体特征高度一致。研究结果定量揭示了IBC成分横向不均一性对月球两半球火山活动规模和演化历史的控制作用，为最终破解月球二分性之谜提供了重要新视角。

北京大学地球与空间科学学院博士研究生李字青为论文第一作者，北京大学张波副教授为论文通讯作者，香港大学钱煜奇研究员为论文共同通讯作者。合作者还包括美国布朗大学James W. Head教授、北京离子探针中心龙涛研究员和车晓超研究员。该研究得到了国家自然科学基金（No. 42241107）和香港研究资助局（GRF 17307025, JLFS/P-702/24）等项目的资助。