亏损挥发性元素是类地天体（如地球、火星和月球）的重要特征，该特征与其形成演化历史息息相关。自上个世纪70年代月球研究的阿波罗时代以来，大量研究发现，地月系统具有一致的O，Ti，Cr，Ca等同位素异常；但是与地球相比，月球极度亏损挥发性元素并富集重的挥发性元素同位素。这些研究结果意味着地球和月球可能具有一致的初始物质但是经历了不同的演化历史。基于此，科学家推测月球可能形成于原始地球与一个火星大小的撞击体之间的撞击事件（Giant impact），在这一过程中原始地球和撞击体的物质充分混合，此时形成的月球发生了挥发性元素及其轻同位素的广泛丢失。
然而该模型的提出很大程度上基于对Apollo返回样品的观测，其是否能代表月球的整体特征还需要进一步检验。尤其是Apollo样品主要采样于月球正面的风暴洋KREEP地体（PKT）附近，有研究提出一次或多次撞击事件导致的月球岩浆洋晚期残余溶体的局部去气(Barnes et al., 2016)，可以解释月球正面PTK附近样品的亏损挥发性元素和同位素特征(Tartèse et al., 2021)。此外，月球样品挥发性元素含量的变化很大，那不同月幔源区（例如月球正面和背面）的挥发性元素和同位素特征是否存在显著不同性呢？这一重要问题直接涉及到月球挥发分亏损的特征是全月尺度的大碰撞还是局部的撞击或岩浆去气过程造成的。因此，月球PKT地体以外样品对限定月球挥发性元素和同位素组成至关重要！
嫦娥六号计划成功返回人类历史上第一批月背样品，它采样于SPA盆地内Apollo撞击坑中的一个玄武岩地质单元。已有的研究表明，返回样品以2.8Ga的低钛玄武岩为主，还存在部分古老的（4.2Ga）高铝玄武岩及壳源苏长质和斜长质岩屑(Su et al., 2025; Wang et al., 2025)。不同于绝大部分Apollo和嫦娥五号等月球正面样品，嫦娥六号低钛玄武岩来源于一个极度亏损的月幔源区(Cui et al., 2024; Zhou et al., 2025)，通过研究这些样品的挥发性元素和同位素组成可能为月球的形成和演化提供新的约束。
月球玄武岩中的硫主要以陨硫铁的形式存在，主要形成于玄武岩浆演化晚期，因此陨硫铁的硫同位素组成能够代表岩浆整体的硫同位素特征。但是这些硫化物粒度非常细小，大部分小于20微米。得益于av成人电影 （武汉）地质过程与成矿预测全国重点实验室激光测试方法的持续创新突破，胡兆初教授团队开发了对地质和行星样品中硫化物硫同位素的高空间分辨率（~8μm）和高精度（δ34SV-CDT: 0.50‰, 2sd）测试手段。该方法具有基体效应弱、高效低廉的显著优点，已经成功应用于嫦娥五号和月球陨石（图1，Wang et al., 2024）。av成人电影 （武汉）汪在聪教授团队对嫦娥六号月壤中的低钛玄武岩以及月壳岩屑进行了详细的岩石学和地球化学工作，来理解月背壳幔岩石的硫同位素及其与正面的异同性，取得如下进展。
图1 嫦娥六号样品岩屑代表性背散射图及激光硫同位素分析点位和结果。
嫦娥六号低钛玄武岩硫不饱和演化及有限的去气
由于月球玄武岩的形成经历了广泛的演化，其中硫化物的早期饱和分离和岩浆去气都可能导致硫同位素分馏，因此理解嫦娥六号玄武岩是否经历这些过程十分关键。通过对嫦娥六号样品中40个低钛玄武岩岩屑的矿物模式丰度统计，得到嫦娥六号低钛玄武岩的陨硫铁丰度在0.31 ± 0.07 (2SE) vol%，对应硫含量为1800 ± 400 μg/g。该结果远低于嫦娥六号低钛玄武岩理论硫化物饱和硫溶解度（3420–5760 μg/g）。此外，月海玄武岩（包括嫦娥五号、六号和Apollo玄武岩）的S和Cu含量整体上都表现出不相容的演化趋势（图2）。这些证据表明嫦娥六号玄武岩岩浆演化早期不存在硫化物的饱和分离。
图2 月海玄武岩硫不饱和演化。
月球岩浆的去气过程主要与其喷发形式有关。嫦娥六号低钛玄武岩是典型的溢流式喷发玄武岩。由于月表近真空的环境，在岩浆喷发或流动过程中如果发生去气那么硫同位素的分馏可能以动力学分馏为主，其结果类似于月壤和冲击玻璃中观察到的重的硫同位素特征（图3）。此时，很小程度的去气（~20%）即可造成显著的硫同位素分馏（δ34S：+7‰）(Wing and Farquhar, 2015)。然而，嫦娥六号低钛玄武岩中观察到的不同岩屑中陨硫铁硫同位素的差异整体有限，这意味着硫的去气程度很低。这与嫦娥五号玄武岩以及其他月球溢流玄武岩演化特征吻合。
图3 不同喷发模式下月球岩浆硫同位素去气以及冲击过程中硫同位素去气。月海玄武岩喷发过程中硫去气整体比较有限，远低于剧烈爆发模式下的火山玻璃珠等样品。
月背SPA盆地壳幔硫同位素组成
嫦娥六号低钛玄武岩的硫同位素与正面阿波罗样品和嫦娥五号玄武岩基本一致，而且与30亿年左右形成的月球陨石也相当。这意味着尽管月背的月幔极度亏损，但是与月球正面低钛玄武岩的硫同位素一致。而且，嫦娥六号月壤中的苏长岩及苏长质斜长岩中的硫同位素也与嫦娥六号玄武岩基本一致，表明月背SPA盆地内部不同年代，不同源区壳幔应该具有均一的硫同位素组成（图4）。这些苏长岩（苏长质斜长岩）既可能结晶自形成SPA撞击过程产生冲击溶体，也有可能代表月球演化早期深部岩浆侵入的镁套岩石。无论何种过程，硫同位素的均一性表明，从挥发性元素的角度来讲，SPA盆地形成过程中的早期撞击事件对月球背面壳幔物质的改造程度可能并不大。当然，目前研究的样品的数量还很有限，未来更多月背样品的研究可能为这一问题提供进一步解答。
图4 嫦娥六号低钛玄武岩、非月海岩屑以及月球陨石δ34SV-CDT测试结果。
地月大碰撞导致的全月尺度挥发份丢失
月海玄武岩（包括Apollo和月球陨石样品）S含量、S/Dy和μ值表现出很大的变化范围，表明月幔源区很不均一（图5）。这可能反应了月球演化早期岩浆洋堆积及后期的月幔倒转过程。尽管如此，由于月球整体上低硫含量及较高的硫化物饱和硫溶解度，月球岩浆洋及后期的岩浆过程中硫化物通常在演化晚期才达到饱和，因此不同月幔源区的δ34S值稳定在0-1‰（图5）。
图5 月球正面、背面返回样品及月球陨石S，S/Dy，μ值和δ34SV-CDT对比。
我们根据嫦娥六号低钛玄武岩S/Dy估计其月幔源区的硫含量在120 ± 30 μg/g，该值与Apollo低钛玄武岩源区的高值接近（79–120 μg/g）。嫦娥六号低钛玄武岩的δ34S为0.83 ± 0.16‰，与来自月球正面PKT地体的Apollo玄武岩（δ34S：0-1‰）基本一致。这意味着发生在月球正面PKT地体附近潜在的局部去气作用并不会导致月球正面和背面挥发性元素及同位素的不均一性！并且月球内部自形成以来就具有重S同位素的特征（比地幔重~2 ‰），并且在后续的演化过程中保持稳定（图6）。
图6 不同月幔源区S，S/Dy，μ值和δ34S分布情况以及月幔δ34S随时间演化历史。
由于S同时具有亲铁性和挥发性，该重S同位素的特征可能受到核幔分异、晚期增生以及挥发过程影响。综合前人实验岩石学和第一性原理计算，核幔分异过程要么导致硅酸盐部分富轻的S同位素(Labidi et al., 2016)，要么对S同位素的影响很小(Wang et al., 2021)。这些模型均不能解释月幔和地幔之间δ34S高达2 ‰的显著差异。此外，月球晚期增生物质仅占月球质量的~0.02 wt.%，也不足以造成月球S同位素的显著变化。因此，月球亏损S含量以及富集重的S同位素最有可能是由挥发事件导致的。同时月幔全球性均一的S同位素值排除了该事件是局部的，意味着最可能代表地月大碰撞导致的全月挥发性元素的丢失，与月球K和Zn同位素的结果一致(Dai et al., 2025)。
值得注意的是，尽管月球内部挥发性元素的同位素是均一的，其挥发性元素含量以及放射性同位素具有很强的不均一，这表明岩浆洋、月幔倒转以及后期的岩浆活动对月幔的挥发性元素组成和分布改变很大。未来更多来自月背样品的挥发性元素及其同位素研究可以进一步检验该结论。
上述工作发表在国际顶级学术期刊Nature Communications上。文章信息：文章信息：Li Y.（李毅恒）, Wang Z.*（汪在聪）, Zhang W.（张文）, Zong K.（宗克清）, She Z.（佘振兵）, He Q.（何琦）, Zheng J.（郑家奇）, Li T.（李天洋）, Pan F. （潘发斌）, Chen X.（陈旭）, Crnobrnja K., Xiao L.（肖龙）, Hu Z.（胡兆初）, Wu X.（巫翔）, Liu Y.（刘勇胜）, Siebert J. and Moynier F. (2025) Sulfur isotopes from the lunar farside reveal global volatile loss following the giant impact. Nature Communications 16, 5780.
文章链接：//www.nature.com/articles/s41467-025-60743-z
