刘小莹|林杨挺等-JGR：嫦娥六号外来金属揭示碳质小行星的晚期增量撞击

小行星撞击深刻影响了行星早期的地质过程和地球宜居环境的演化。保存在月球上的撞击坑和小行星残留物质，是小行星撞击历史的重要记录，其通量和类型变化反映了太阳系行星与小天体的轨道动力学演化。同时，碳质小行星撞击还向月球和地球输运了一部分的水和有机物。通过对不同年龄月表上撞击坑的大量统计和返回样品的同位素年龄测定，获得了撞击通量的衰减曲线，这也成为撞击坑定年的基础。另一方面，对撞击体的类型及其随时间的演变研究非常缺乏。 地球上已收集超过79600块陨石，涵盖近40个化学群（代表不同的小行星母体），但它们仅代表近2个百万年内撞击地球的小行星类型分布。 对古生代灰岩中发现的大量古陨石统计，表明其类型与现今陨石类型有明显差异，但更早时期的情况则很少有记录。

月球最为完整地记录了地月系统近40亿年以来的撞击历史。月壤中普遍分布的铁镍金属及其铂族元素组成为示踪小行星类型提供了独特的地球化学“指纹”：其一，铁镍金属易于识别，且在撞击过程中可以保存下来；其二，基于陨石学的认知，铁镍金属广泛分布于各类小行星中，且其微量元素组成具有显著的系统性差异。因此，对来自不同时期的外来金属进行系统的分析，统计其代表的小行星类型分布，有望揭示撞击地月系统的小行星类型随时间的演变规律。

中国科学院地质与地球物理研究所林杨挺研究员团队，从嫦娥6号月壤样品中发现40个含金属颗粒的撞击碎屑（图1），并对其开展了系统的岩相学和矿物化学分析。撞击碎屑根据矿物组成可分为玄武质和斜长质两大类，前者主要来源于着陆区本地约28亿年前喷发的玄武岩，保存了过去28亿年积累的小行星碎片，后者来源于更古老的月球高地，小行星物质的加入时间向前延伸到43亿年前。纳米离子探针等分析结果确证，这两类撞击碎屑中的绝大多数铁镍金属为小行星碎片，仅4个碎屑中的金属可能混入了月球本身的金属。更进一步，这两类撞击碎屑中的小行星金属在化学成分上显示出系统差异：玄武质撞击碎屑中的颗粒含0.17-21.8 wt% Ni、0.12-1.76 wt% Co、0.07-10.6 μg/g Ir和0.01-3.40 μg/g Au，而在斜长质撞击碎屑中相对更富Ni（大部分>10 wt%）和Co（>0.5 wt%），且Ir（0.41-5.52 μg/g）和Au（0.36-4.86 μg/g）的含量均较高。

图1 嫦娥六号玄武质和斜长质撞击碎屑中的铁镍金属

这些成分差异表明小行星类型分布存在随撞击时间的变化：在13个斜长质撞击碎屑中，绝大多数金属颗粒来源于内太阳系的普通球粒陨石和铁陨石，未发现碳质球粒陨石型金属（<8%）；而在27个玄武质撞击碎屑中，碳质球粒陨石型金属的比例则高达约26%（图2）。这两种样品中撞击体类型的变化，表明在约4.3 Ga至2.8 Ga期间，撞击地月系统的小行星类型发生了显著变化，早期的撞击以非碳质小行星为主，而晚期碳质小行星的相对贡献显著增加。

图2 铁镍金属的来源与分类。全部7个碳质小行星金属均发现于年轻的玄武质撞击碎屑中

研究团队的新发现表明在4.3-2.8 Ga期间，太阳系曾发生过重要的事件。基于现有的认识，存在三种可能的事件：（1）巨行星发生了轨道迁移，将大量外太阳系的碳质小行星散射进入内太阳系；（2）雅克夫斯基效应，该效应对于反照率较低且挥发分含量较高的碳质小行星更为显著，随时间积累，使更多碳质小行星进入地月系统；（3）一颗或多颗大型碳质小行星在此期间发生碰撞解体，产生大量碎片，显著提高了碳质小行星撞击月球的概率（图3）。在未来的月球探测任务中，通过采集更多不同年龄月表的月壤样品，将进一步精细刻画小行星类型随时间的演变规律，加深对内太阳系撞击历史的认识，并为太阳系的天体轨道动力学演化提供关键参数。

图3 三种可能的动力学机制，即巨行星迁移对小天体轨道的扰动（a），雅克夫斯基效应改变轨道（b），碳质小行星母体的碎裂，形成小行星群（c）

碳质小行星富含水和有机物，其“登场”时间早晚对于地球及类地行星中水和有机物的含量有重要影响。主流观点认为地球的建造材料主要来源于“干燥”的内太阳系物质，因此，后期小行星的撞击，对水和挥发分的输送可能十分重要。该研究表明，早期撞击地月系统的碳质小行星占比很低（<8%），它们的主要撞击时间较晚，由于此时撞击通量已显著降低，因此很大程度上限制了碳质小行星对地月系统水和挥发分含量的贡献。

研究成果发表于国际学术期刊JGR-Planets（刘小莹，郝佳龙，李静，田恒次，胡森，岳宗玉，陈意，杨蔚，贾丽辉，谷立新，Ross N. Mitchell，林潮，林杨挺*，李献华，吴福元. Late Bombardment of Carbonaceous Asteroids Recorded in Chang'e‐6 Lunar Metals [J].Journal of Geophysical Research: Planets, 2026, 131(4): e2026JE009653. DOI: 10.1029/2026JE009653 .）。研究受国家自然科学基金项目（42230206, 42550204）和中国科学院地质地球所重点部署项目（IGGCAS-202401）的资助。