月球是典型的无大气天体，由于持续暴露于富含还原性氢的太阳风中，因此其表面长期被认为是强还原性环境。早期对月壤的观测数据也显示，其所含的铁元素主要以单质或Fe²⁺（即陨硫铁）形式赋存，几乎没有氧化态铁（Fe³⁺）出现。然而，近年的遥感探测与返回样品的实验室分析，都逐渐出现了诸如赤铁矿（Fe₂O₃）、磁铁矿（Fe₃O₄）及含Fe³⁺月壤玻璃等氧化产物的报道。值得注意的是，不同研究中所报道的Fe³⁺的赋存形态各不相同，含量更是千差万别。因此，月表是否真实存在Fe³⁺、（若存在）其含量与赋存形式如何，以及为何不同研究对月壤铁价态分布的结果存在明显分歧，至今仍是悬而未决的问题。

 针对这些“未解之谜”，中国科学院广州地球化学研究所朱建喜研究员团队和南方科技大学公共分析测试中心何东升副研究员合作，对嫦娥五号返回的月壤样品进行了深入细致的研究，使用原位加热透射电镜模拟了月表的瞬时热事件。在加热过程中利用能量色散X射线谱（EDS）和电子能量损失谱（EELS）测定了升温过程中铁在纳米尺度上的含量与价态变化，直观揭示了温度驱动的铁元素含量及价态在月壤两类主要含铁物相（即玻璃和单斜辉石）之间发生的协同演化。

 研究团队挑选了月壤中常见的单斜辉石-玻璃集合体，通过聚焦离子束（FIB）切片，利用高分辨率透射电镜所配备的原位加热样品杆，对样品薄片进行了从室温（23°C）至1000°C的实时观测。研究发现，当温度升至600°C时，玻璃中开始析出纳米金属铁（npFe⁰）（图1）；随着温度继续升高至700-900°C，单斜辉石中的Fe³⁺/∑Fe比例从30%急剧增至近60%，而相邻玻璃中的Fe³⁺却从23%骤降至不足4%（图2）。这表明，在热驱动下，玻璃中的Fe³⁺部分转化为零价铁，另一部分可能迁移并进入了单斜辉石的晶体结构中。

 基于观测结果，研究团队提出了撞击热效应调控月表氧化还原状态的新机制：微陨石撞击首先使Fe²⁺通过歧化反应产生Fe³⁺（和Fe⁰），随后温度升高促使Fe³⁺从玻璃向单斜辉石转移，伴随纳米金属铁的持续析出。这一过程表明了月壤中铁的含量和价态随局部温度的变化在不停地发生动态调整，为现有报道中月壤三价铁含量的巨大差异提供了一个可能的解释。实验结果也证实，高温下的单斜辉石或可成为Fe³⁺的重要载体。月球表面几乎每时每刻都在遭受微陨石轰击，该机制可能在月球风化层中广泛存在，持续重塑月表的矿物组成和元素分布。该发现为理解空间风化过程中的铁循环提供了新的视角，对构建无大气天体表面物质演化模型具有重要参考价值。相关成果近日发表于《地球物理研究-行星》（Journal of Geophysical Research: Planets）。研究获得了中国科学院院长基金（QYJ‐2025‐0102）、中国科学院广州地球化学研究所所长基金（2022SZJJZD‐03）和广东省科技计划（2023B1212060048）等多个项目的支持。

 相关论文信息：Xi, J.-X. (席佳鑫), Li, S. (李珊), Xian, H.-Y. (鲜海洋)*, Yang, Y.-P. (杨宜坪), He, D.-S. (何东升), Zhu, J.-X. (朱建喜), Lin, X.-J. (林枭举), Yang, H.-M. (杨红梅), He, H.-P. (何宏平), 2026. Temperature‐Dependent Evolution of Iron Content and Valence Between Clinopyroxene and Glass on the Moon. Journal of Geophysical Research: Planets, 131(2). https://doi.org/10.1029/2025JE009174.

图1. 加热过程中样品的形貌变化：(a) 600°C、(b) 700°C、(c) 800°C、(d) 900°C、(e) 1000°C，以及(f) 1100°C。温度超过600°C后，玻璃中开始出现纳米金属铁（npFe⁰）

图2. 样品中单斜辉石（Cpx）与玻璃中铁含量及Fe³⁺含量随温度的演化

(a) 单斜辉石的铁含量（蓝色）及Fe³⁺/∑Fe比值（橙色）随温度的变化；(b) 玻璃的铁含量（蓝色）及Fe³⁺/∑Fe比值（橙色）随温度的变化