月壳

月球的最外层

月壳，月球的最外层。同区域的月壳厚度是不同的，月壳的厚度平均约为50千米。

简介

月球与地球一样，内部也具有层圈结构，在其层圈结构中，最外层的是月壳。月震仪进行的探测表明，在距表面深65千米处，月震波波速从7千米/秒增加到8千米/秒，月震波波速不连续说明月球内部的传播介质出现了变化，这里应该是月壳——月幔的界面。根据测量的数据，科学家推断月壳的平均厚度约为65千米，而65千米以下应属于另一层圈——月幔。

不同区域的月壳厚度是不同的，一般情况下，在面向地球的月球正面，月壳的厚度平均约为50千米，而在背向地球的月球背面，月壳厚度平均约为74千米。

月壳是月球岩浆源区晶－液相分馏的结果，在分馏期间，较轻的斜长石上浮形成辉长质斜长岩月壳；较重的橄榄石、辉石下沉到岩浆海底部形成上月幔。因此，可以认为月球高地是早期辉长质斜长岩的残留体，凝固的年龄约为44亿年～45亿年。绝大部分月岩是在约44.6亿年前的主要岩浆事件期间形成的。

分层

通过对月震波的详细研究，科学家们还对月球表层100千米厚的圈层作进一步分层，并推测出各圈层的物质构成。从月表开始，在0～25千米范围，月震波纵波的速度为5千米/秒～6千米/秒，称为上月壳，主要由月海玄武岩组成，其中最上部0～2千米为岩石碎块和月壤。

在25千米～60千米深度的区域，纵波的速度为8千米/秒，称为下月壳，可能由富含斜长石的辉长岩、富铝玄武岩和斜长苏长岩组成。60千米以下为月幔，其纵波波速达9千米/秒，化学成分相当于地球的基性岩和超基性岩（如橄榄岩、辉石岩和榴辉岩）。此外，在下月壳与月幔之间有一过渡层，厚度约几十千米，纵波波速为8千米/秒～9千米/秒。

构成

月壳由两大基本单元构成，即由斜长岩组成的高地月壳和由玄武岩组成的月海月壳。月球高地占月球表面面积的83%，因此高地月壳占月球总体积的10%。不同区域的月壳厚度是不同的，一般情况下，正面月壳的厚度平均约为50千米，背面月壳厚度平均约为74千米。

在月壳高地岩石中，有一类很特殊的岩石，那就是角砾岩。言之“特殊”，是因为这类岩石是由撞击作用所形成。根据历次阿波罗系列探测器所带回的月壳岩石分析，60%以上是由各类高地岩石组成的角砾岩，即组成高地岩石经冲击后破碎、部分熔合而胶结形成的角砾岩。依据角砾岩中角砾的构造特征，可划分以下类型：单组分角砾岩：即由就地产生的破碎岩石角砾或经熔融结晶角砾所组成；双组分角砾岩：由就地产生的破碎岩石角砾或经冲击熔融结晶角砾并被细脉状的角砾所穿插形成的双角砾组分的岩石；多组分角砾岩：由岩屑碎块、月壤角砾、冲击玻璃等黏结而成。

成因

高地月壳的厚度、成分特征特别是元素铀（U）、钍（Th）、钾（K）元素以及一些具有指示剂作用的元素如稀土元素（REE）等含量及变化特征加以分析、推理与推测。

高地月壳的平均厚度约73km，含Al2O3约25%，而整个月球本身含量还不到6%，因此，可以计算出高地月壳中的Al2O3约占全月球Al2O3的40%；而月表中的生热元素铀（U）、钍（Th）、钾（K）比月球内部的含量高出两个数量级。上述这些事实说明，形成高地的岩浆源区是很大的，甚至达到整个月球的熔融。同位素的研究结果也证明，月球早期曾产生过广泛的大规模熔融、分异和结晶过程。要使铀、钾和Al2O3都集中在高地月壳之中，而且这种熔融和分异发生的时间必须在月球形成后的2亿年之内完成，因此，月球在早期必定存在巨大的“岩浆洋”。对于“岩浆洋”的厚度，当前说法不一致，有的学者认为200km，有的认为800km，甚至有的认为整个月球为熔融的“岩浆洋”。

随着岩浆分异结晶而堆积，将会形成100～200km厚的斜长岩月壳。但在月球聚集形成后的1亿年之内，各种天体物质的撞击将使尚未完全固结的月壳破碎而返回“岩浆洋”。而在38.2亿～39.2亿年之前，月壳已经固结，大规模月海盆地的开凿及后期月海泛滥（即玄武岩大面积喷发）得以发生。

在月球内部的“岩浆洋”中，橄榄石首先晶出，相继低钙辉石、斜长石晶出。富钙的斜长石浮在熔融的“岩浆洋”顶部，逐渐冷凝形成高地月壳。随着“岩浆洋”中橄榄石、低钙辉石和钙长石的晶出，熔浆中的(Fe+Mg)逐渐变低，进而长石、单斜辉石晶出并堆积。大约在42亿年前，月壳的厚度达到了1～10km。虽然斜长石和富镁岩套在“岩浆洋”的结晶过程中都是从岩浆中直接晶出的，但由于所结晶形成的橄榄石和辉石被迁移，因而导致斜长石和富镁岩的形成过程是彼此分立的。

大碰撞说认为一个特别大的陨石在地球正在形成的时候与地球发生了碰撞，而这次撞击产生的碎片喷进入太空并最终成为了月球。当月球形成之后，它的最外层融化形成了一个“月球岩浆构成的海洋”。在这个“海洋”中，大量的斜长石结晶不断地向着月球表面浮动，并逐渐积累形成了月壳。上月壳大概有88%是由斜长石构成的（上月壳的底部大概有90%为斜长岩）：下月壳含有较多的铁镁矿物如辉石和橄榄石，但即使这样，下月壳仍有大概78%由斜长石构成。月壳下面的地幔也含有大量的橄榄石。

化学元素

从元素的地球化学特征出发，研究不同离子半径、价态、键型和挥发性元素的相互关系，如挥发性元素与难熔元素之间的比值、不同难熔元素之间的比值、不同挥发性元素之间的比值等，发现各类元素的比值比较稳定。据此，可从月球总体模式成分，月表轨道测量所获得数据以及月壳各类岩石成分进行综合分析、比较，获取月球高地月壳的平均化学成分。

从历次取回的样品看，各类高地月壳岩石的SiO2含量大约为45%，比较稳定。根据高地轨道测量资料，Al/Si、Mg/Si分别为0.62±0.01和0.24±0.05。据此，通过SiO2的含量计算Al2O3和MgO的质量分数分别为24.6%和8.6%，这与月面轨道测量值MgO为6.8%基本相近，表明上述计算法基本合理，这样通过比较与取舍后可取平均值，当前取月壳MgO的平均值为6.8%。月面轨道测量值FeO为6.9%。但依据各类高地岩石和月壤中的MgO/MgO比值，取FeO的平均值为6.6%，由高地月壳岩石中的Fe/Cr比，计算Cr2O3的平均值为0.10%。由高地月壳岩石中的Ca/Al比即可计算CaO的平均值为15.8%。月壳岩石中的Th的测定值平均为0.9μg/g，Th/U=3.8,因而U的平均值0.24μg/g。依次类推，根据高地月壳岩石中相关各元素的比值，就可计算得出其他元素的平均值。

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