由于月球已经被地球“潮汐锁定”,这造成了它的自转的周期刚好与它围绕地球公转的周期相等,因此地球上的我们,就始终只能看到月球相同的一面,而无法直接观测到月球背面是什么情况。不过这也难不倒我们现代人类,利用各式各样的无人探测器,我们依然能够“绕”到月球背面进行探索。
根据一项发表在《自然》杂志上的新研究,科学家利用围绕月球运行的探测器,在月球背面的一个被称为“康普顿-贝尔科维奇”(Compton–Belkovich)的区域,发现了一个神秘的巨型花岗岩岩体,探测数据表明,这个岩体宽约50公里,深度大约有6公里,其形成原因不明。
为什么要说“形成原因不明”呢?要回答这个问题,我们有必要先来简单了解一下花岗岩的形成过程。
(资料图)
花岗岩是地球上一种常见的岩浆岩,主要由硅、铝为主要元素的石英、钾长石和斜长石构成,还含有少量的以铁镁为主要元素的云母与角闪石。顾名思义,所谓的岩浆岩其实就是岩浆冷却凝固后形成的岩石,不过形成花岗岩的岩浆有点特殊,它其实是由另一种被称为玄武岩的岩石在部分熔融后形成的。
与花岗岩相比,玄武岩的密度更大,尽管它们也含有与花岗岩相同的成分,但它们却还含有更多的铁镁质含量高的矿物,如辉石、橄榄石等,由于不同的矿物有不同的熔点,因此随着温度的上升,玄武岩中首先熔化的就是硅铝含量较高且熔点较低的矿物,然后才是铁镁质含量高且熔点较高的矿物。
也就是说,在合适的温度下,玄武岩就会只会部分熔融,而在这种情况下生成的岩浆,其硅铝含量就会升高,相应的其铁镁含量就会降低,当它们冷却之后,就可能会形成花岗岩。
玄武岩其实也是一种岩浆岩,实际上,太阳系中已知的岩石星球都拥有玄武质的地壳,这也不难理解,毕竟太阳系中的主要天体都形成于一片巨大的原始星云,在这些岩石星的形成之初,经历了太多的物质碰撞和吸积,而这个过程产生的热量,足以让整个星球处于熔融状态,当星球表面富含铁镁的岩浆之海冷却之后,就形成了玄武质地壳。
也就是说,包括月球在内的太阳系中已知的所有岩石星球,应该都有形成的花岗岩的物质基础,但过去的探测数据表明,花岗岩只在地球上广泛存在,而在其他的岩石星球上,却几乎找不到花岗岩踪迹,月球也不例外。
这是为什么呢?科学家认为,这是因为地球拥有两个其他岩石星球上不具备的独特“优势”,它们分别是:1、板块构造运动;2、星球表面存在大量的水。
简单来讲,地球的岩石圈并不是一个整体,而是分为了若干板块,在地球内部物质活动的驱动下,这些板块会不停地运动,这就被称为板块构造运动。在此这过程中,板块之间就会不可避免地发生碰撞,时不时地还会出现一个板块向另一个板块的下方俯冲。
由于地球内部的温度会随着深度的增加而上升,因此当一个玄武质的板块发生俯冲时,它所处的环境温度就会不断上升,于是其中的硅铝含量较高且熔点较低的矿物就会首先熔化,进而形成富含硅铝的岩浆,而这些岩浆正是花岗岩的“前身”。
需要注意的是,在这个过程中,地球表面的水起到了不可或缺的作用,这是因为水加入到岩石中以后,可以显著降低岩石的熔点,进而使其发生熔化,除此之外,水还可以大幅增加岩浆的流动性,使其更容易上升到浅部地壳,进而形成花岗岩岩体,因此可以说,在板块俯冲的过程中,如果没有水,花岗岩就不可能形成。
值得一提的是,地球表面有大片的陆地,也有大片的海洋,我们可以将地球表面陆地区域的地壳称为“陆壳”,将海洋区域的地壳称为“洋壳”。
科学家在过去的研究中早已发现,地球的“陆壳”普遍都很古老,其“年龄”至少都有10亿年,最古老的可以追溯至40亿年前,而“洋壳”则普遍很“年轻”,其“年龄”都没有超过2亿年,更重要的是,花岗岩是构成“陆壳”的主要岩石类型之一,而“洋壳”则不同,它主要是由斜长石和铁镁质含量高的辉石和橄榄石等暗色矿物构成,在岩石类型上主要为玄武岩。
科学家认为,之所以会出现这种情况,其实就是因为地球的“洋壳”在过去的日子里,因为板块构造运动而不断地俯冲到“陆壳”之下,进而使“陆壳”的花岗岩不断增多,同时也让“陆壳”能够长久地保留下来。
综上所述可知,一颗星球上想要大量地形成花岗岩,就应该同时具备“板块构造运动”和“星球表面存在大量的水”这两个条件。显而易见的是,这两个条件月球都不具备,然而此次研究却在月球背面发现了这个神秘的巨型花岗岩岩体,其宽度可以高达50公里,这就令科学家们感到非常困惑了。
所以我们目前就只能说这个巨型花岗岩岩体的形成原因不明,不过一个合理的推测就是,月球有可能存在着某种其他的花岗岩形成机制,期待在进一步的研究中,科学家能够揭开这个谜团。
(参考资料:Remote detection of a lunar granitic batholith at Compton–Belkovich. Nature (2023)./s41586-023-06183-5)