在探索月球的浩瀚征程中，人類曾通過6次Apollo任務(wù)、3次Luna任務(wù)和1次嫦娥五號(hào)任務(wù)，從月球表面共帶回了380余公斤樣品。然而，以上樣品全部來自月球正面。中國的嫦娥六號(hào)任務(wù)首次實(shí)現(xiàn)了從月球背面采樣，成功帶回了1935.3克珍貴樣品，為人類研究月球背面物質(zhì)特性、巖漿活動(dòng)、撞擊通量、月球二分性成因等提供了關(guān)鍵研究素材。

月球正面與背面的不對(duì)稱性成因（涵蓋了玄武巖分布、地形特征、地殼厚度以及Th含量等方面）一直是一個(gè)長(zhǎng)期未解的科學(xué)難題。月海玄武巖和隱月海玄武巖覆蓋了約18%的月球表面，其中約93%的玄武巖集中分布在正面，背面僅分布7%。Apollo、Luna以及嫦娥五號(hào)任務(wù)帶回的月球玄武巖樣品表明，正面月?；鹕交顒?dòng)最早可追溯至40億年前，且至少延續(xù)至20億年前。此外，嫦娥五號(hào)樣品中的火山玻璃珠揭示月球正面還存在持續(xù)至約1.2億年前的小規(guī)?；鹕交顒?dòng)。月球背面是否經(jīng)歷了類似的長(zhǎng)期火山活動(dòng)仍不清楚?；谶b感觀測(cè)的撞擊坑統(tǒng)計(jì)年代學(xué)研究表明，正面和背面的火山活動(dòng)年代模式可能大致相似。然而，由于缺乏來自月球背面月海區(qū)域的返回樣品，至今尚無法進(jìn)行可靠的比較，這阻礙了人們對(duì)于月球不對(duì)稱性成因的理解。

嫦娥六號(hào)采樣點(diǎn)位于月球背面南極-艾特肯盆地內(nèi)部阿波羅撞擊坑邊緣，該區(qū)域月殼極薄，遙感觀測(cè)顯示該地區(qū)分布有大量的月海玄武巖物質(zhì)。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所獲批兩份月壤樣品（編號(hào)為CE6C0100YJFM002，CE6C0200YJFM001）開展研究工作(注：CE6 = 嫦娥六號(hào)；C = 鏟取樣；YJFM = 研究粉末)。地質(zhì)地球所以及國家天文臺(tái)的聯(lián)合科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，基于離子探針實(shí)驗(yàn)室自主研發(fā)的微區(qū)原位年代學(xué)分析方法，對(duì)嫦娥六號(hào)月壤樣品中的玄武巖巖屑進(jìn)行了精確定年。所采用的方法為Pb-Pb等時(shí)線法，提取分析數(shù)據(jù)中²⁰⁴Pb/²⁰⁶Pb比值為橫坐標(biāo)、²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值為縱坐標(biāo)進(jìn)行擬合，獲得²⁰⁴Pb（非放射成因Pb的代表）為0的y軸截距即放射成因²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb比值，可計(jì)算年齡；在U為0（即不含放射成因Pb）的測(cè)點(diǎn)上可以獲得玄武巖初始Pb同位素組成，用于計(jì)算玄武巖源區(qū)的²³⁸U/²⁰⁴Pb比值，即μ值，可指示玄武巖月幔源區(qū)性質(zhì)。

通過大量制作巖屑樹脂靶，并在掃描電鏡下進(jìn)行精細(xì)觀察，根據(jù)結(jié)構(gòu)可將玄武巖分為三種類型，即斑狀結(jié)構(gòu)、次輝綠結(jié)構(gòu)和嵌晶結(jié)構(gòu)。該研究共選取了108顆玄武巖巖屑開展Pb-Pb定年工作。對(duì)每一種結(jié)構(gòu)的巖屑進(jìn)行SIMS分析，分別構(gòu)建Pb-Pb等時(shí)線。其中107顆（包括9顆斑狀、45顆次輝綠和53顆嵌晶結(jié)構(gòu)）玄武巖巖屑獲得了誤差范圍內(nèi)一致的Pb-Pb年齡，且等時(shí)線斜率也一致，指示這些巖屑極可能來源于同一個(gè)期次的玄武巖噴發(fā)。綜合所分析的107顆巖屑數(shù)據(jù)，最重要的是其中的78顆含鋯礦物，即斜鋯石、鈣鈦鋯石和靜海石（這類礦物具有高U含量和非常低的初始Pb含量），精確限定了這一期玄武巖噴發(fā)時(shí)代為?2807 ± 3 Ma。通過對(duì)硅酸鹽礦物（斜長(zhǎng)石和單斜輝石）和隕硫鐵開展的180個(gè)U-Pb同位素測(cè)點(diǎn)分析，發(fā)現(xiàn)3顆隕硫鐵具有低于0.001的U/Pb比值，限定了初始Pb同位素組成為²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb = 1.085 ± 0.003，²⁰⁴Pb/²⁰⁶Pb = 0.00550 ± 0.00014。根據(jù)初始Pb同位素計(jì)算出2.8 Ga玄武巖源區(qū)的μ值為360 ± 10。?此外，還發(fā)現(xiàn)一顆具有嵌晶結(jié)構(gòu)的高鋁玄武巖巖屑，對(duì)其中的斜鋯石、靜海石和硅酸鹽礦物開展Pb-Pb定年，精確限定其噴發(fā)時(shí)代為4203 ± 4 Ma，并根據(jù)等時(shí)線斜率計(jì)算出其源區(qū)的μ值為1620 ± 160。

以上研究揭示嫦娥六號(hào)采樣點(diǎn)的主期（本地）玄武巖形成于2807 ± 3 Ma，標(biāo)志著月背巖漿活動(dòng)至少持續(xù)到了28億年以前，這一年齡也填補(bǔ)了月球正面玄武巖樣品在該時(shí)期的記錄空白。其月幔源區(qū)μ值低至~360，低于絕大部分正面玄武巖樣品和月球玄武巖隕石的源區(qū)μ值，指示來自于非常虧損的月幔源區(qū)，且?guī)r漿上升過程中也沒有混染KREEP組分。42億年前高鋁玄武巖源區(qū)的μ值高達(dá)~1620，指示其可能來源于富集KREEP的月幔源區(qū)。雖然這一顆高鋁玄武巖在分析樣品量中占比極低，可能是由其它玄武巖單元濺射至嫦娥六號(hào)采樣點(diǎn)的外來物質(zhì)，但也指示了采樣區(qū)附近巖漿活動(dòng)的多樣性及背面月幔源區(qū)的復(fù)雜性。該研究發(fā)現(xiàn)的兩期玄武巖綜合指示月背的火山活動(dòng)至少持續(xù)了14億年，且揭示出月背在經(jīng)歷了南極-艾特肯盆地形成之后仍存在較富集KREEP物質(zhì)的月幔源區(qū)，而在28億前已經(jīng)非常虧損的月幔源區(qū)仍可以產(chǎn)出巖漿活動(dòng)，暗示月背較少的巖漿活動(dòng)與較少的KREEP物質(zhì)并不直接相關(guān)，可能較大的月球厚度是導(dǎo)致較少玄武巖巖漿活動(dòng)的更主要原因。該研究獲得的嫦娥六號(hào)本地玄武巖年齡(2.8 Ga)與此前通過撞擊坑統(tǒng)計(jì)定年法得到的采樣區(qū)模式年齡（3.07–2.40 Ga）比較一致，表明為月球正面建立的隕石坑統(tǒng)計(jì)年代學(xué)模型也適用于月球背面。且2.8 Ga玄武巖的精確放射性同位素年齡可用于進(jìn)一步完善當(dāng)前的隕石坑統(tǒng)計(jì)年代學(xué)函數(shù)，提供關(guān)鍵錨點(diǎn)，彌補(bǔ)定年曲線在該時(shí)段的空白。

研究成果發(fā)表于國際學(xué)術(shù)期刊Nature（張謙，楊慕涵，李秋立^*，劉宇，岳宗玉，周琴，陳瀏陽，馬紅霞，楊賽紅，唐旭，張廣良，任鑫，李獻(xiàn)華.Lunar farside volcanism 2.8 billion years ago from Chang’e-6 basalts [J].?Nature, 2024. DOI:10.1038/s41586-024-08382-0.）成果受國家自然科學(xué)基金（42225301, 42241105）、中國科學(xué)院先導(dǎo)B項(xiàng)目（XDB0710000，XDB 1180000）、中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所重點(diǎn)部署項(xiàng)目（IGGCAS-202401）共同資助。