月球地质年代表将月球的地层按形成的时间顺序划分为不同的时代, 能够清晰地表达月球的整体演化历史，是开展月球地质研究、进行月球地质填图的基础。一个完善的月球地质年代表应当既包含月球的重要演化事件又能够刻画月球的各个演化阶段，是对月球地质演化历史的完整、系统的反映。当前的月球地质年代表形成于阿波罗时期，受限于探测数据的分辨率和覆盖率等因素，对月球全球性演化尤其是月球背面的认识还不够全面。自20世纪90年代以来，月球探测和月球科学经历了巨大的发展，更先进的样品测试分析技术以及海量高质量探月数据的获取和分析，极大地加深了人们对月球演化的理解。阿波罗时期形成的月球地质年代表已不能很好地反映当前对月球演化历史的认识。
中国科学院国家空间科学中心太阳活动与空间天气重点实验室刘洋研究员团队的郭弟均博士，联合中国科学院地球化学研究所刘建忠研究员、美国布朗大学James W Head教授以及其它研究所和高校研究人员，基于对月球地质演化事件的系统梳理，对此前的月球地质年代表进行了更新，提出了“三宙六纪”的月球地质年代划分方案。本研究通过系统总结月球地质演化的研究成果，从主导月球演化的内动力和外动力地质作用在不同时期对月球的改造效应，提出了三阶段月球动力学演化模型，并建立了三个相应的“宙/宇”级别的年代及地层单元（图1、表1）：冥月宙（Eolunarian Eon，4.52–4.31 Ga），表示内动力地质作用为主的岩浆洋演化时期；古月宙（Paleolunarian Eon，4.31–3.16 Ga），表示内、外动力地质作用并重的时期，主要地质事件是代表内动力地质作用的火山作用和代表外动力地质作用的大型撞击事件；新月宙（Neolunarian Eon，3.16 Ga–至今），表示外动力地质作用为主的时期，此时岩浆活动减弱，小型撞击事件对月表的改造占主导。
图1. 月球主要演化事件与内动力及外动力地质作用演化的三个阶段。内动力地质作用的强度(由模拟的熔融物产率和月海玄武岩体积代表)和外动力地质作用的强度(由撞击动能代表)用阴影曲线表示。点数据展示了代表不同地质过程的月球样品的年龄。
在月球的主要演化事件中，月球背面的南极-艾肯（South pole-Aitken，SPA）盆地是月表记录的最古老的大型撞击事件，是冥月宙与古月宙的分界线，代表了月球由内动力地质作用为主到内、外动力地质作用并重的演化转折点。然而，这一演化事件在此前的月球地质年代表中并没有体现，岩浆洋过程以及SPA盆地和随后的数十个大型盆地撞击事件都属于前酒海纪。因此，为了更清晰地反映月球的演化历史，新的地质年代划分中以SPA盆地的形成为界线将前酒海纪划分为两个单元，早期的岩浆洋纪（Magma-oceanian Period）和相对晚期的艾肯纪（Aitkenian Period）（表1）。其中，岩浆洋纪属于冥月宙，艾肯纪代表古月宙的开始。在月球地质研究中，通常以大型盆地溅射物作为岩石-地层单元。研究团队识别出了SPA盆地的溅射物地层，命名为“达斯建造（Das Formation）”（图2），是被记录下来的月球最古老的外动力作用地层单元，作为艾肯纪的地层下界（图3）。由此，最终确立了“三宙六纪”的月球地质年代划分方案，并更新了月球的地层层序柱（图3）。
图2. SPA盆地东北区域地质图以及达斯建造地层剖面。(a) SPA盆地东北区域主要地质要素示意图。图中显示了直径大于50km的撞击坑和两个相对较小的特殊撞击坑, 达斯（Das）坑（直径36km）和埃勒曼（Ellerman）坑（直径46km）。阴影区表示距主坑中心1~2半径的区域, 主要为盆地连续溅射物沉积区。红色实线代表SPA盆地的内环和外环。黑色方框表示识别达斯建造的区域。黑色虚线P1-P2-P3表示(b)中地质剖面图的迹线。
图3. “三宙六纪”月球地质年代表对应的地层层序柱
新提出的“三宙六纪”月球地质年代划分方案能够更清晰地表达月球内、外动力地质作用的发生、发展和演变过程，为刻画月球的演化历史提供了一个量身定做的“标尺”。该方案已在世界首幅1:250万全月地质图中进行了应用，该方案对其他类地行星的地质演化研究也具有重要的参考意义。
该研究成果于近期在学术期刊Science China Earth Sciences中、英文版同时发表。该研究得到了科技部、国家自然科学基金委员会、中国科学院等的资助。
相关论文发表如下：
1.Guo D, Liu J, Head J W, Zhang F, Ling Z, Chen S, Chen J, Ding X, Ji J, Ouyang Z. 2023. A lunar time scale from the perspective of the Moon’s dynamic evolu-tion. Science China Earth Sciences, 66, https://doi.org/10.1007/s11430-022-1183-4
2.郭弟均, 刘建忠, Head J W, 张福勤, 凌宗成, 陈圣波, 陈建平, 丁孝忠, 籍进柱, 欧阳自远. 2023. 基于月球动力学演化的地质年代划分. 中国科学: 地球科学, 53, doi: 10.1360/N072022-0258.
（供稿：天气室）
