在来自月球陨石Bechar 012的角砾岩样本中的“含尘橄榄石”中，发现了由撞击作用产生的亚微观金属铁颗粒

时间：2026年1月29日

来源：Geochimica et Cosmochimica Acta

编辑推荐：

月球陨石Bechar 012中发现冲击诱导含铁橄榄石碎屑，揭示纳米铁颗粒通过塑性变形、亚固相分解及位错迁移三步机制形成。晶体学分析显示变形带内铁颗粒富集，温度介于1000-1650℃且冲击压力低于16 GPa。该成果阐明冲击过程对橄榄石结构改造及铁颗粒生长的关键作用，为月球磁异常提供新证据。

马宇彤|郭壮|张爱成|牛晶晶|秦珊

中国地质科学院地质与地球物理研究所，造山带与地壳演化重点实验室，北京100871

摘要

纳米级铁颗粒在月球土壤中普遍存在，主要归因于空间风化作用；然而，尚未有研究报道月球结晶矿物通过撞击事件形成纳米级铁颗粒。这些颗粒的生长、迁移、空间分布及其与宿主矿物的相互作用仍不明确。本文报道了在月球角砾岩陨石Bechar 012中发现含有纳米至亚微米级铁金属颗粒的尘状橄榄石碎屑。这些碎屑完整记录了铁颗粒在其结晶宿主中的形成和分布过程。其保存良好的状态为通常在经过更强烈风化的土壤或角砾岩中难以观察到的微观矿物过程提供了清晰的图像，使得Bechar 012成为研究的理想天然样本。晶体取向分析表明，这些尘状橄榄石颗粒发生了塑性变形，铁金属颗粒集中在变形区域，这表明变形微观结构与铁金属颗粒的形成之间存在关联。我们提出了尘状橄榄石及其内部铁金属颗粒形成的三步模型：（1）撞击引起的橄榄石塑性变形；（2）在部分非晶区发生亚固相橄榄石分解（Fe₂SiO₄ = 2Fe + SiO + 3/2O₂），导致纳米级铁金属颗粒的生成，同时SiO和O₂通过变形橄榄石中的无序路径（如部分非晶区、位错和孔隙）扩散；（3）由迁移的位错捕获颗粒，随后在位错和亚晶界处通过定向附着（OA）驱动生长，形成亚微米级铁金属颗粒。这些过程表明冲击压力低于16 GPa，温度介于1000 °C至1650 °C之间。这些结果证实了撞击引起的橄榄石变形在促进铁金属颗粒形成、迁移和生长中的关键作用，并强调了OA在其粗化过程中的重要性。在月球陨石中发现撞击诱导的铁金属颗粒表明，这些颗粒可以在结晶矿物中广泛形成，而不仅限于月球表层的非晶边缘或玻璃质撞击岩中，同时也为解释月球磁异常提供了可能的解释。

引言

亚微米级金属铁颗粒在月球土壤中普遍存在，并显著改变了月球表土矿物的化学和光学性质（Britt和Pieters，1994年；Yin等人，2025年）。这类铁颗粒通常存在于表土矿物的非晶边缘（深度<100 nm）（Christoffersen等人，1996年；Gu等人，2022年；Guo等人，2022a年；Guo等人，2022b年；Noguchi等人，2011年），或在玻璃质撞击岩中被识别（例如，凝聚体、玻璃珠）（Li等人，2024年；Pieters和Noble，2016年；Yin等人，2025年）。已经提出了多种机制来解释金属铁颗粒的形成，包括太阳风还原（Loeffler等人，2009年；Sasaki等人，2001年）、气相沉积（Hapke等人，1975年；Keller和McKay，1997年）、辉石橄榄石的热分解（Guo等人，2022a年）、Fe²⁺的歧化反应（Li等人，2022年）以及FeO的共晶反应（Guo等人，2022b年）在表土矿物边缘；此外，还有太阳风植入的H在凝聚体中还原Fe²⁺（Basu，2005年）、撞击体中的Fe-Ni金属以不混溶滴的形式掺入凝聚体（Yin等人，2025年），以及通过氧扩散在撞击玻璃珠中还原FeO（Pang等人，2024年）。总体而言，这些形成机制主要归因于空间风化过程。然而，目前尚不清楚撞击过程是否能够在月球结晶矿物的整个内部形成金属铁颗粒，而不仅仅是在表土矿物或由空间风化过程形成的凝聚体的边缘。

尘状橄榄石是指含有亚微米级金属铁颗粒的橄榄石颗粒，这种铁颗粒在球粒陨石、火星陨石和实验样品中也有发现（Einsle等人，2016年；Fu等人，2014年；Jones和Danielson，1997年；Lemelle等人，2000年；Leroux等人，2003年；Nagahara，1981年；Rambaldi，1981年；Van de Moortèle等人，2007年）。尘状橄榄石被认为是古磁剩磁的理想载体，能够保留球粒形成期间获得的原始磁化信息（Einsle等人，2016年；Lappe等人，2011年）。尘状橄榄石中金属颗粒的形成机制已得到广泛研究，其起源被归因于太阳星云中的亚固相橄榄石还原和/或Fe²⁺在热条件下的歧化反应（Lemelle等人，2000年；Leroux等人，2003年；Van de Moortèle等人，2007年）。月球样品通常会经历撞击和热事件；然而，关于金属颗粒在结晶矿物中广泛存在的直接证据仍然缺乏。这种证据不足阻碍了对月球表面金属颗粒形成机制的全面理解，关于金属颗粒的进一步生长和迁移、它们在宿主结晶矿物中的分布模式以及宿主矿物对这些过程的影响，仍存在关键的知识空白。

本文报道了在月球角砾岩陨石Bechar 012中的多个岩石碎屑中存在尘状橄榄石。基于微米到纳米尺度的表征，我们认为Bechar 012中的尘状橄榄石具有撞击起源，可能通过三步过程形成。这项研究揭示了橄榄石变形在驱动铁金属颗粒形成、迁移和生长中的关键作用。此外，该研究为月球及其他小行星上金属颗粒的形成和分布提供了新的见解。

材料与方法

本研究分析了2022年在阿尔及利亚发现的Bechar 012陨石的抛光切片，该陨石为长石质角砾岩，作者于2024年对其进行了命名（Gattacceca等人，2024年）。代表性样本取自类型标本。

岩石学与形态学

Bechar 012是一种长石质角砾岩陨石，主要由斜长石（约86%体积）组成，其次是辉石（约7%体积）和橄榄石（约4%体积），还含有少量的钛铁矿、钛铁矿、FeNi金属、尖晶石和 pentlandite。Bechar 012中的岩石碎屑保存了多种高地岩石类型，包括斜长石、诺里特岩和橄榄石-钛铁矿碎屑。在Bechar 012中，不规则形状的橄榄石碎屑包围着斜长石颗粒（图1）。这种矿物学特征被认为是由于

讨论

在Bechar 012中，橄榄石中存在铁金属颗粒，而在相邻的斜长石中却不存在，这表明铁金属颗粒的存在具有相依赖性（图1和S2），排除了在角砾岩形成过程中由于外来陨石撞击溅射而随机掺入的可能性。如果撞击体衍生的金属泡是在角砾化过程中引入的，它们的分布应该是随机的——可能出现在裂缝中、局限于矿物表面或分散在各种矿物相中。

意义

通过全面的结构和成分分析，我们描述了Bechar 012中尘状橄榄石及其铁金属颗粒的变形微观结构。更重要的是，基于微米到纳米尺度的观察，我们提出了一个三步模型来阐明尘状橄榄石及其铁金属颗粒的形成机制，为月球上金属颗粒的形成和分布提供了新的见解。该模型包括：（1）撞击引起的橄榄石塑性变形

数据获取

数据可通过Figshare获取，链接为：https://figshare.com/s/866315e94c3976091230

未引用的参考文献

Robbins, 2019; Rubie and Brearley, 1990; Verma and Karki, 2009; Zhang, 2021.

CRediT作者贡献声明

马宇彤：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原始草稿，可视化，验证，方法学，研究，正式分析，数据管理，概念化。郭壮：撰写 – 审稿与编辑，方法学，资金获取，概念化。张爱成：撰写 – 审稿与编辑，验证。牛晶晶：研究，资金获取。秦珊：撰写 – 审稿与编辑，资源获取，项目管理，资金获取，概念化。