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青海盐湖研究所氯同位素测定助力我国月壤研究取得新突破

月球上是否存在水，对于月球演化研究和资源开发至关重要。近年来，遥感数据表明月球光照区有水分子存在的迹象。针对当年采集的阿波罗月球样品，科学家运用高灵敏度的表征技术，在部分玻璃和矿物中发现了百万分之一量级的“水”（H⁺、OH^-或H₂O），但没有水分子存在的确凿证据。

近日，中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心研究员陈小龙、副研究员金士锋、博士研究生郝木难等，联合中国科学院青海盐湖研究所研究员马云麒、实验师魏琦、博士研究生顾焕恩等，在嫦娥五号带回的月球样本中，发现了月球上一种富含水分子和铵的未知矿物晶体--ULM-1。这标志着科学家首次在月壤中发现了分子水，揭示了水分子和铵在月球上的真实存在形式。

我国嫦娥5号采集的月壤样品属于最年轻的玄武岩，是迄今为止纬度最高的月球样品，为月球水的研究提供了新机遇。这项研究基于单晶衍射和化学分析发现，这些月球水和铵以一种成分为（NH₄，K，Cs，Rb）MgCl₃·6H₂O的水合矿物形式出现。该矿物分子式中含有多达六个结晶水，水分子在样品中的质量比高达41%。红外光谱和拉曼光谱上均可以清晰地观察到源于水分子和铵的特征振动峰。晶体的电荷密度可以清晰地看到水分子中的氢。这为月球上的水和氨的来源提供了新线索。

氯（Cl）同位素为行星初始挥发分元素组成和岩浆活动去气过程等提供重要依据。准确测定月壤中的Cl同位素，首先要有与其含Cl矿物一致的标准物质，该研究通过NH₄Cl和MgCl₂·6H₂O合成了同构标准物质(NH₄)MgCl₃·6H₂O晶体，中国科学院青海盐湖研究所采用高精度固体热电离质谱仪（TIMS，Triton）测定了 (NH₄)MgCl₃·6H₂O标准物质中Cl同位素组成，其δ³⁷Cl值为：+0.08±0.01‰（相对于ISL 354，SMOC），其标准值用来校正月壤样品中的基质效应和Nano-SIMS仪器测定Cl同位素造成的质量分馏，从而为准确测定月壤ULM-1样品中Cl同位素奠定了基础。

该研究成果近日以Evidence of a hydrated mineral enriched in water and ammonium molecules in the Chang’e-5 lunar sample为题发表在Nature Astronomy 2024上。全文链接 https://doi.org/10.1038/s41550-024-02306-8。探月与航天工程中心为该研究提供了月壤样品（CE5C0400），该研究得到了中国科学院重点部署项目（ZDBS-SSW-JSC007-2），中国科学院网信专项（CAS-WX2021SF-0102）等项目的资助。

图1. 不同陆地和地外储库中氯同位素组成的分布