月球是地球的衛星，按照大碰撞假說，月球形成于一次大碰撞事件，抛射出的高能量物質留在繞地軌道上，最後吸積形成月球。月球核幔在早期迅速發生分離，并出現全球性的岩漿熔融，形成了岩漿圈層(岩漿洋)。岩漿洋的結晶分異和固化導緻了月殼的形成。而在月球後期的演化曆史中，撞擊作用是最重要的地質作用，形成了多尺度、多期次的撞擊盆地和撞擊坑，而大型撞擊盆地多形成于月球演化的早期。

圖1，月球表面坑坑窪窪

一、月球概述

月球是地球的衛星，圍繞着地球旋轉。在類地行星中，月球是研究多環盆地的最佳對象。一方面是由于其相對原始，許多早期特征得以保留。另一方面是月球的探測數據和樣品遠比其他行星更豐富。其中，影像數據可以清晰地識别與盆地沉積和結構有關的形貌特征。

圖2，月球

遙感數據解譯獲得的礦物學、地球化學、地球物理數據，可以用來推斷盆地濺射物的區域化學組成和岩石特征，并提供撞擊過程溫壓條件的線索。

圖3，月球表面

月球研究到今天，已經獲得了海量的數據，并且，更多更精确的數據還在不斷積累之中。如何歸納總結獲得的數據，并在這些數據基礎上獲得月球形成、演化過程的信息，是一個值得深入研究的科學問題。

圖4，宇航員在外太空

二、月球的演化

對于月球演化曆史而言，形成月球的大碰撞事件、月球岩漿洋演化以及挖掘月球表面形成月海盆地的大型撞擊事件是最重要的三大地質事件。

圖5，隕石撞擊

首先，月球很可能形成于大碰撞事件，這是月球演化的起點和基礎。關于月球的形成有同源學、分裂說、捕獲說以及大碰撞等各種假說，其中大碰撞假說被廣泛接受。

圖6，隕石

根據這一假說，月球的初始物質組成在這一事件中産生了很大變化，包括高溫的矽酸鹽熔體和氣體可能發生強烈的蒸發作用，造成水和揮發性組分的大量丢失，相當一部分物質來自原始地球，以及大部分金屬加入地球等。

圖7，小行星

同時，大碰撞的能量使月球形成一個相當深的全球性的岩漿洋，,而後者的分異結晶在很大程度上決定了月球的内部結構和月面二元結構。

三、月球的岩石和礦物

根據月球起源的大撞擊假說，撞擊形成的月球核幔在早期迅速發生核幔分離，并出現全球性的岩漿熔融，形成了約400km 甚至更深的岩漿洋。而 Apollo時代根據返回樣品的特點提出斜長岩月殼由岩漿分異，并漂浮在月球表面形成的觀點。這些觀點進而完善成現在流行的“月球岩漿洋假說”。

圖8，宇航員采集樣品

岩漿洋的結晶分異和固化導緻了月幔的形成。岩漿洋演化的經典模型認為，最早結晶的是橄榄石和輝石，因重力作用而堆積在月幔的下部，由純橄岩和方輝橄榄岩組成。

圖9，玄武岩

當岩漿洋結晶程度到80%左右的時候，也就是岩漿洋的組成變化達到斜長石的固相線時，斜長石開始結晶，由于其密度小，在岩漿分異過程中長石上浮，在月球表面形成一個40~45km 厚的斜長岩月殼。

圖10，斜長岩

當岩漿洋結晶程度到約95%的時候，钛鐵礦開始晶出。随着岩漿洋的不斷固化，月殼與月幔發生持續分異，殘留岩漿中的不相容元素含量逐漸升高，最終在月幔與月殼之間形成富集鉀(K)、稀土元素(REE)、磷(P)的克裡普岩(KREEP)。

圖11，钛鐵礦

由于钛鐵礦的密度大于矽酸鹽礦物，因此在岩漿洋分異晚期，在月幔上部形成的堆晶層具有重力不穩定性，通過物質對流翻轉沉到月幔下部，與先前堆積的矽酸鹽發生混合，從而形成不均一的月幔。

圖12，矽酸鈉

四、月球對人類的影響

在地球上，通過對地質構造的研究，可以掌握不同尺度構造運動的發生、發展和終止過程，了解這一過程對地球形貌、礦産資源、環境和生命演化等産生的影響。

圖13，月球

在以月球研究為代表的行星地質學研究中，盡管研究方式和手段有很大的區别，但通過對行星表面地質構造現象的研究，同樣有助于我們了解行星的結構、形成和演化以及與地球的關系。特别是，月球的演化在30億年前已基本終結，較好地保留了月球形成最初8億年的曆史，而這一段演化曆史在地球上的記錄已經被抹殺殆盡。

圖14，太陽系

而另一方面也正是因為月球保留了早期地質演化的記錄，所以月球也就同時保留了太陽系撞擊事件發生發展的整部曆史。因此，月球地質構造格架及其演化曆史的研究可以為太陽系演化的兩種動力學過程進行示範，即月球的撞擊事件可以反映外動力地質作用的過程。

圖15，隕石撞擊

而月球岩漿洋演化與月殼形成以及後期岩漿和火山作用的過程可以反映内動力地質作用的過程。這些重要的地質過程，不僅是形成月球的主要過程，也是太陽系其他類地行星形成的過程，對月球和行星後期演化起到重要的制約作用。

圖16，岩漿作用

綜上所述：月球的起源和演化，是一個跨學科、跨領域的重大科學問題。解決這個問題需要衆多學科采用先進手段協同完成，任何一個單獨學科或研究人員不可能擁有全部的知識和技能，從而能夠獨立勝任和完成。

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