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一块克里普岩(KREEP),第58样,别不信,看完且看懂了,你就信了

  一块石头是不是克里普岩,需要钾(K)、稀土(REE)和磷(P)含量数据的支撑,没有数据就没有依据。

  2010年对上述具有陨石外部轮廓的石头进行了分析,得出了系列与陨石和火成岩都不相符的、彼此充满矛盾的数据。11年后突然发现这一系列矛盾数据,与月球克里普岩惊人地相吻合。点击如下链接,查看前期数据。

 第58样前期分析结果 (电脑浏览)

 第58样前期分析结果 (手机浏览)

 

  1. 克里普岩的成因分析

  我们通常所说的克里普岩(KREEP),一般都指来自月幔和月壳间的高含钾、稀土和磷的月球岩石。地球上,“在地幔熔融岩浆的过程中,残留富集于地幔岩的矿物之中的元素,称为地幔相容元素,有Cr、Ni、Co、Yb、Er等;另一些会在岩浆中强烈富集,称为地幔不相容元素,有Ca、Rb、K、Ba、Sr、La、Y、REE、Th、U、Hf、Zr、Ti、Ta、Nb和P等”(路凤香 桑隆康 主编《岩石学》第49页)。其中的K、REE、P分别是钾、稀土和磷,就是所谓的“克里普”。地幔不相容元素会在成岩过程中上移进入地壳岩石,地幔相容元素则会富集在地幔中,所以地球深处的“地幔橄榄岩一般比岩浆成因的(地壳)橄榄岩更富MgO、Cr、Ni、Co,贫K2O、NaO和地幔不相容元素Rb、Ba、Sr、Th、U、LREE等”(路凤香 桑隆康 主编《岩石学》第61页)。据估计2Km的花岗岩岩席完全结晶需6400年,8Km厚的花岗岩基需10Ma(兆年)才能凝结(路凤香 桑隆康 主编《岩石学》第22页),上地幔到地表的距离约400Km(路凤香 桑隆康 主编《岩石学》第5页),所以地幔与地壳间的岩浆冷却就需要更长的时间,在漫长的冷却过程中,地幔不相容元素会上移进入地壳岩石层,因此,即使我们用钻机打到地幔与地壳间取岩心,仍然不是高含钾(K)、稀土(REE)和磷(P)元素的克里普岩。

  那么克里普岩来自哪里?在所有的月球成因理论中,目前比较合理且得到大多数学者承认的假说是“大碰撞分裂说”。这个假说认为,地球早期受到一个火星大小的小天体的撞击,碎片在轨道中由两个天体的硅酸盐幔的一部分组成月球;碰撞所形成的热能导致“岩浆洋”的产生,岩浆洋在冷却过程中,轻重矿物上下分离形成月壳和月幔,类似于地球的地壳与地幔的形成,在月幔和月壳之间也形成了富含幔不相容元素的克里普岩浆。本来应该在月球深处的克里普岩为什么会在月面出露问题一直没有得到解决,直到1994年发射的Clementine和1998年发射的Lunar Prospector对Th元素在月表的分布分析后,才有了新的发现与认识(欧阳自远 主编《月球科学概论》第126页)。元素钍Th富集于克里普岩中,Clementine和Lunar Prospector发现月球正面的风暴洋区域Th含量很高,这些高Th源物质只能是由于巨大冲击作用、挖掘出被月海玄武岩覆盖的下层岩石(欧阳自远 主编《月球科学概论》第129页)

  然而,问题来了,现在地球或月球受到撞击能产生克里普岩吗?不能!只有壳与幔层间的熔融物冷却前被撞击外溢且快速冷却后,才可以形成克里普岩。壳与幔层间的熔融物慢速冷却,会导致幔不相容元素向壳层岩浆迁移,无法形成高含钾(K)、稀土(REE)和磷(P)元素的克里普岩。也就是说,只有星体整个熔化,且壳与幔层的熔融物冷却前被撞击外溅才可以。克里普岩的特征是钾(K)、稀土(REE)和磷(P)含量高,同时成岩温度高,类似于火山喷出岩。

 

  2. 地球岩石、克里普岩和第58样的钾磷含量分析

  含量高低是怎样界定的呢?

  (1)地球岩石的钾磷含量分析

  地幔、地壳、火成岩的平均化学组成及世界上代表性火成岩的化学成分:(路凤香 桑隆康 主编《岩石学》第43、45页)

     含量 K2O wt%  P2O5 wt%

  地幔    0.13    -

  大洋壳   0.3   0.2

  大陆壳   2.5   0.2

  火成岩   3.13   0.3

  纯橄榄岩  0.08   0.20

  二辉橄榄岩 0.25   0.11

  斜长岩   0.65   0.09

  碧玄岩   1.96   0.74

  玄武岩   1.10   0.35

  辉长岩   0.93   0.24

  粗面玄武岩 2.55   0.58

  橄榄粗安岩 2.46   0.75

  粗安岩   3.21   0.41

  安粗岩   3.87   0.33

  安山岩   1.62   0.21

  闪长岩   1.76   0.29

  英云闪长岩 2.07   0.25

  花岗闪长岩 2.73   0.18

  流纹岩   4.30   0.07

  花岗岩   4.07   0.12

  粗面岩   4.98   0.21

  正长岩   4.98   0.29

  响岩    5.24   0.18

  地球岩石中K2O的含量可以很高,但P2O5含量低。

 

  (2)克里普岩的钾磷含量分析

  典型克里普岩的化学成分:(欧阳自远 主编《月球科学概论》第127-128页)

        含量 K2O wt% P2O5 wt%

  克里普15382   0.53   0.55

  克里普15386   0.61   0.70

  克里普15405   2.06   0.39

  高钾角砾岩    0.83   0.78

  地球岩石中K2O的含量高,P2O5含量也较高

  “根据钾的含量,克里普岩又可分为高钾克里普岩(K2O>0.7 wt%)、中钾克里普岩(K2O:0.3 - 0.7 wt%)和低钾克里普岩(K2O<0.35 wt%)”(欧阳自远 主编《月球科学概论》第126页) 。仅仅依据钾和磷的含量,并不能确定一块石头是克里普岩,如上述橄榄粗安岩(K2O=2.46 wt%,P2O5=0.75 wt%)的钾磷含量比克里普岩的含量还高。

 

  (3)第58样的钾磷含量分析

  第58样的K2O的含量为1.42 wt%,P2O5含量奇高,为3.74 wt%,符合含钾量高,含磷量高的特征。

 

  3. 第58样的稀土元素分析

 

  没有用对数坐标,看起来更直观。

 

  第58样的稀土元素含量很高,介于克里普72275和克里普61156之间,符合稀土含量高的特征。

 

  第58样的幔相容元素(下图红线)含量低,幔不相容元素(下图蓝线)含量高,也符合克里普岩的特征。特别是幔相容元素Ni和Cr的含量如此之低,在岩石中是极其罕见的,你若不信,可以试着搜搜看。

 

 

  4. 第58样的成岩温度分析

  第58样全岩氧同位素: δ18OSMOW = -1.9‰,非常低。氧18同位素越低,说明成岩温度越高。

  地球岩石氧同位素分布:下图红色区域 5.5 - 6.5‰ 为地球岩石的常规基性岩氧18同位素范围,仅冰岛(Iceland)和黄石公园(Yellowstone)这些火山口喷出的岩石的氧18同位素为负值。

  第58样的氧18同位素比冰岛和黄石公园的岩石更低,成岩温度更高,这符合克里普的形成机制。

 

  5. 第58样的挥发性元素分析

  月球中的易挥发性元素是极为匮乏的,但月壳某些岩石(如含大量KREEP岩的月岩66095)中的挥发性元素元素较高,富含Cl、Pb、Br、Zn、Rb、Ag和Tl等元素,KREEP岩中的挥发性组分也比较高。(欧阳自远 著《天体化学》第114页)。第58样自2010年开始分析,获得的数据充满着矛盾:极低Ni、Cr含量;高稀土含量,但无Eu负异常;极低的氧18同位素,极高的成岩温度,但挥发性元素如Zn、Pb等却没有挥发掉,而是含量很高。这些充满矛盾的数据始终无法解释,直到2021年试着将其向克里普岩靠拢,结果豁然开朗,所有分析结果全部理顺。“KREEP(克里普)岩,最早在Apollo-12月壤(12013)的浅灰色细粉中发现。KREEP岩在月球上分布较广泛,是岩浆分异或残余熔浆结晶形成的富含挥发分元素的岩石(欧阳自远 著《天体化学》第113-114页),都是一些细小的粉末,没有人敢贸然将第58样如此巨大的石头与克里普岩相挂钩。下面就对比一下第58样的挥发性元素。

  挥发性元素对照:(引自 欧阳自远 主编《月球科学概论》第127-128页、 欧阳自远 著《天体化学》第111页)、李昌年 编著《火成岩微量元素岩石学》第179-180页)

   含量 ug/g  Pb    Zn   Rb

 第58样     23    206   58

 月岩66095   15    92   4.2

 克里普15382  5.94   2.6  15.4

 克里普15386  -     3.5   16.2

 克里普15405  14    5.6   34

 克里普14303  -     -    113

 月球高钾角砾岩 -     3.6   22

 地球原始地幔  -    53    0.69

 大洋中脊玄武岩 -    -    4

 

  成岩温度高,同时挥发性元素含量高,对常规火成岩来说是矛盾的,然而这却是克里普岩的特性。

  关于克里普岩出露月面的原因,有学者认为是深部克里普岩浆侵入月面后随玄武岩喷发而出,有学者认为是克里普岩浆直接喷发而出,或者是克里普岩浆结晶后由于受冲击而被挖掘出月面(欧阳自远 主编《月球科学概论》第129页),但这些可能的成因都会导致挥发性元素的损失,或者幔不相容元素的迁移,难以得到“幔不相容元素含量高,且挥发性元素含量高”的克里普岩特性。克里普岩出露最合理的方式是克里普岩浆在未冷却结晶前受到巨大冲击,岩浆溅射并迅速冷却成岩。而不应该是成岩后被撞击外溅,或者以岩浆的形式喷出月面。

 

  6. 元素比值分析

  (1)Sm/Nd比值

  所有克里普岩中稀土元素的配分模式极为相近,结合其同位素,Sm/Nd和143Nd/147Nd的比值比较接近,表明所有的克里普岩属同源的,是岩浆分异或残余熔浆结晶形成的富含挥发分组分的岩石(欧阳自远 主编《月球科学概论》第129页) 。下面是Sm/Nd比值对比(数据引自 欧阳自远 主编《月球科学概论》第128页)、李昌年 编著《火成岩微量元素岩石学》第179页)

          Sm/Nd比值

  第58样     0.23

  克里普14303  0.25

  克里普15382  0.27

  克里普15405  0.27

  高钾角砾岩   0.27

  克里普72275  0.28

  克里普15386  0.29

  克里普61156  0.29

  地球原始地幔  0.32

  大洋中脊玄武岩 1.23

 

  第58样的元素组成与已有的月球克里普岩的数据也有差异的地方,如没有Eu负异常,幔相容元素Ni、Cr含量低,还有其它元素含量的差异。问题可以反过来想:为什么小块的月球克里普岩比大块的第58样产生了Eu负异常?是否是迁移到其它矿物中了?为什么小块的月球克里普岩比大块的第58样的幔相容元素Ni、Cr含量升高了?是否是它处迁移来的?

  月岩斜长岩的稀土元素丰度很低,Eu出现明显的正异常(欧阳自远 主编《月球科学概论》第131-132页),Apollo 12 火成岩中发现含钴的镍-铁金属(欧阳自远 主编《月球科学概论》第115页),似乎就是上述问题的答案。也许第58样才是最原始的、没有受到外来元素污染的、真正的克里普岩。

 

  可以确认,这是一块高含钾(K)、稀土(REE)和磷(P)的岩石,其元素组成的特征符合月球克里普岩的特性。

 

 

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