月球地质

研究月球表面特性演化历史等问题的学科

月球地质（geology of the Moon）是研究月球表面特性、物质组成、物理场、地质构造、内部结构和演化历史等问题的学科。

学科历史

月球是离地球最近的天体。自古以来人类就对月球有浓厚的兴趣。1610年,伽利略用望远镜观测月球,指出月面上存在暗色和浅色区域,在望远镜观测的基础上,天文学家编绘了各种形式的月面图。1840年，天文学家拍摄了第一张月球照片。1961～1968年，美国发射的“徘徊者”7号、8号和9号，以及“探测者”1号、3号、5号、6号和7号，对月球的正面和背面进行了普遍的探测和考察，探测内容涉及月表特征、物质组成、月球磁场、重力、宇宙辐射和太阳风对月球表面的作用等，编绘了月质图和构造图。这些探测也为载人登月作了准备。1969～1976年，美国发射的“阿波罗”11号、12号、14号、15号、16号和17号载人登月飞船,以及苏联发射的“月球”16号、20号和24号登月自动站，对月球的不同地区进行了探测和取样,带回来380多公斤的月球样品。对上述探测结果和月球样品的分析研究，加深了人类对月球的认识，把月球地质的研究推向了新的阶段。

月貌特征

月球上是一个无大气、无水、无生命、冷热剧变的寂静世界。根据月面的地形特征（山、海、陆地、溪、谷、沟、湖、湾、沼、丘陵、坑或盆地及辐射纹等）可粗略地划分为3类:即高地（月陆）、月海撞击坑和火山地形。月球上没有水，上述水域的名称是借用地球上的术语。月球的月陆和月海是两个最显著的特征，它们覆盖了月面约4/5的面积,已知的月海有22个。绝大多数分布在月球的向阳面（约占向阳面表面积的30%），只有 3个月海位于月球的背阳面（约占背阳面表面积的2.5%）。最大的月海是风暴洋，面积约500万平方公里，其次是雨海、静海、澄海、丰富海等。高出月海的地区称为月陆或高地。月陆地区一般高出月海水准面约2～3公里,上面分布有连续的、险峻的山脉或山系,其高度可达6000米。月球上最大的山脉是亚平宁山脉，长达1000公里，高出月面3000～4000米。月谷多分布于月陆的平坦地区，月溪在月陆和月海中均有发现。月坑中有的比较特殊，具有辐射纹，其中最有代表性的是第谷和哥白尼两个辐射月坑，辐射纹通常是从月坑中心呈放射状向外延伸,第谷月坑的辐射纹特别壮观，共12条,其中最长的达1800公里。关于月海和月坑的成因，大多数学者都主张陨石（或小行星和彗星）撞击说。据计算，雨海可能是由一个直径为20公里的小行星体以 2.5公里/秒的速度轰击月表形成的，即所谓的雨海事件。“阿波罗”14号的登月舱正好在雨海盆地的冲击溅射堆积物上着陆，采集的岩石样品几乎全部由复杂的角砾岩组成并显示明显的冲击和热效应特征，这对雨海盆地的陨石撞击成因说是一个有力的证据。

月表组成

从月球表面采回的样品大致可分为3类:①结晶质火成岩；②角砾岩；③月壤和玻璃颗粒。岩石类型有月海玄武岩、非月海玄武岩和富克里普岩。在月岩中已发现3种地球上没有的新矿物:静海石、铁三斜辉石和低铁假板钛矿。与地球玄武岩相比，月海玄武岩的K2O、Na2O和Al2O3含量较低，FeO和Cr2O3含量较高。月岩不含水,无三价铁，但含金属铁和陨硫铁(FeS)（见月岩和月壤）。斜长岩是月球上的古老岩石，主要由富钙的斜长石组成,含Al2O3约35%。月壤（直径小于1毫米的颗粒）由不同比例的结晶质岩石、角砾岩碎片、矿物颗粒及玻璃组成。

地质作用

月面地形特征和月球样品物质组成的研究表明，火山及撞击成坑作用，对月表的形貌和月表物质的分布特征起重要作用，太阳风和宇宙线对月表物质起侵蚀作用。陨石体撞击月表时形成撞击坑，并引起基岩破坏、月壤和角砾岩的形成以及月表物质的再分配。月表物质的暴露年龄测定结果表明（见宇宙线暴露年龄）：月壤的平均暴露年龄约为4.00×108年,个别的可达1.700×109年；月岩的暴露年龄范围为 1×106～7.00×108年，绝大部分集中在 2.0×107～2.00×108年之间。在最近3×109年以来,很少或没有火山作用,即没有发现近代的火山活动。

内部构造

月球没有磁场，局部月岩的剩余磁场强度约为6～300纳特,表明月球内部可能无金属核,月球中心的温度不超过1500℃。月震每年释放的能量约为地震释放能量的百万分之一,其震源的深度为800～1000公里。月球是一个分异天体，它的内部构造大致可划分为:0～60公里为月壳；60～500公里为上月幔;500～800公里为中月幔；800～1000公里为月震带,1000～1600公里为下月幔；1600～1738公里（月球中心）为月核。月球深度1000公里以下为软流层，其上为岩石层。

地质历史

依据月球的探测和返回样品研究结果的综合分析，月球的地质演化轮廓可概略叙述如下：

月球大约在46亿年前形成，与太阳系的年龄相一致，月球形成不久分异形成月壳、月幔和月核。大部分月壳可能是在较短的时间（约1亿年）由月球外层 100～300公里的物质熔融形成。形成全月球性的熔融层或岩浆洋大约需要108～2×108年。形成月壳之后月表遭受到频繁的陨石体的强烈撞击,月壳形成后由于地球-月球间的潮汐作用,使月球轨道更加靠近地球,大约在38～43亿年以前,由于小行星或星子的撞击形成月海盆地,之后在31～39亿年以前，由于月球内部深度为150～450公里间物质的部分熔融导致月海玄武岩的喷发并充填月海盆地，约在30亿年以前全月球性的火山作用基本停止，但有些地区的火山作用一直延续到25亿年以前。

地质图集

2024年4月21日，基于中国月球探测工程(嫦娥工程)科学探测数据编制的全球首套高精度月球地质图集正式对外发布，包括中英文版《1:250万月球全月地质图集》和《1:250万月球分幅地质图集》。其中，《1:250万月球全月地质图集》包含《1:250万月球全月地质图》《1:250万月球岩石类型分布图》和《1:250万月球构造纲要图》，《1:250万分幅地质图集》包含30幅月球标准分幅地质图。

本次发布的月球地质图集主要具有三方面优势：一是更加客观地刻画月球的地质演化历史；二是建立以内、外动力地质演化为主线的月球构造和岩石类型分类体系，更清晰地表达月球构造和岩石的演化特征；三是构建月球撞击盆地和盆地建造亚类的分类体系，建立盆地演化序列，提出盆地及亚类建造的识别标志等创新成果，构建以内、外动力地质作用并重驱动的类地行星演化新框架。

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