月幔水含量在揭示月球起源、岩浆洋固化模式、后续岩浆活动等方面具有重要科学价值。在上世纪美国阿波罗探月任务时期，受限于当时分析技术的空间分辨率和检测限，月球被认为是“干燥”的——月幔极度亏损结构水和其他挥发分组成。然而最近二十年得益于微区测试仪器的技术进步，研究人员发现部分阿波罗样品可能指示了很“湿”的月球内部——水含量与地幔相当甚至高于地幔的平均值。月球内部的水和挥发分含量以及分布再次成为争议问题。然而，现有的月球样品全部来自于月球正面，人们对月球背面月幔水含量的认识尚属空白（图1）。我国嫦娥六号任务从月球南极艾特肯盆地返回了第一份月壤样品，为揭示正背面月幔的水含量分布特征提供了重要机遇。
图1.月球样品采样位置及月幔水含量特征。以往11次月球采样都集中在月球风暴洋地体，估算月幔水含量为1-200微克/克。图修改自He等(2025)。
为了揭示SPA盆地下覆月幔的水含量，研究团队借助纳米离子探针（NanoSIMS）对嫦娥六号玄武岩样品中的熔体包裹体和磷灰石进行了水含量与氢同位素的分析（图2）。研究结果表明橄榄石熔体包裹体中的水含量小于50微克/克，且贫氘（δD≈-200‰；图3）；钛铁矿中的熔体包裹体中水含量以及氢同位素的变化范围较大；磷灰石的水含量可达3500微克/克，且非常富氘（δD＞+800‰；图3）。根据橄榄石熔体包裹体、磷灰石与钛铁矿熔体包裹体的水含量与氢同位素测试数据，以及岩相和化学成分特征，可以恢复嫦娥六号玄武岩的岩浆演化过程（图4），并估算嫦娥六号玄武岩的母岩浆水含量约为15-22微克/克。
图2.嫦娥六号玄武岩中熔体包裹体的岩相特征。嫦娥六号玄武岩中的橄榄石极其稀少，仅发现两颗富含橄榄石的玄武岩，并发现了几十微米大的数颗熔体包裹体。Ol：橄榄石；Px：辉石；Ilm：钛铁矿；Pl：斜长石。图引自He等(2025)。
图3.嫦娥六号玄武岩样品熔体包裹体和磷灰石的水含量及氢同位素组成。橄榄石中熔体包裹体具有最低的水含量和最轻的氢同位素组成。钛铁矿中的熔体包裹体水含量和氢同位素组成变化范围较大。磷灰石具有结构水故而具有相对高的水含量，对应有最重的氢同位素组成。MI：熔体包裹体；LT：低钛类型；HT：高钛类型。图引自He等 (2025)。
图4嫦娥六号玄武岩浆演化示意图.（a）岩浆演化全貌图，通过月幔部分熔融形成的玄武质岩浆在经历结晶分异演化后上涌至月表。（b）、（c）和（d）分别为该过程的局部图。（b）橄榄石在岩浆中最早结晶，其中的熔体包裹体可以代表早期岩浆中的挥发分特点。（c）钛铁矿在岩浆中期结晶，其中的熔体包裹体可以代表中期岩浆中的挥发分特点。（d）磷灰石结晶于岩浆末期，代表了末期岩浆的挥发分特点。图引自He等(2025)。
玄武岩的母岩浆来自月幔岩石的部分熔融，由于月幔部分熔融形成的熔体可能经历过演化，研究采用了H2O/Ce比来进一步估算嫦娥六号玄武岩月幔源区的水含量。结果显示，嫦娥六号玄武岩的源区月幔水含量仅有1-1.5微克/克（图5）。正面玄武岩月幔源区的水含量均值为7.5微克/克，火山玻璃珠的月幔源区水含量为70.3微克/克，明显高于嫦娥六号玄武岩月幔源区的水含量（图5）。研究推测：曾在SPA盆地发生过的大型撞击事件可能是造成嫦娥六号源区月幔水含量异常亏损的原因。未来更多的月背样品返回将有助于我们更好的理解月球内部水和其他挥发分均质分布的形成原因。
图5.月球内部的水含量与时间的关系。嫦娥六号玄武岩样品揭露了迄今为止最干的月幔。图引自He等(2025)。
本项研究测试获得了首份月球背面月幔的挥发分含量评估，为研究地月系统演化历史提供了新的约束。上述成果以“Water abundance in the lunar farside mantle”为题发表于国际学术期刊《Nature》（DOI: 10.1038/s41586-025-08870-x），博士后何会存、博士生李林曦为论文第一作者，胡森研究员、惠鹤九教授、林扬挺研究员为论文通讯作者。共同作者包含高宇冰、高亮、周湛、邱梦凡、周迪圣、刘焕新、李瑞瑛、郝佳龙。研究受国家自然科学基金委（42125303，42241104），中国科学院先导B（XDB 41000000）、中国国家博士后创新人才支持计划（BX20240365）和研究所重点部署（IGGCAS-202401，202204）项目共同资助。研究样品由国家航天局提供。
特别感谢南京大学倪培老师、胡修棉老师、王孝磊老师、惠鹤九老师对笔者地质科研的先后指导！特别感谢南京大学陈昕辅导员、2022届地质学专业同学程郅麟、胡石语、刘浩、马正龙、张瑞敏等对笔者的关心！
图文：南大必赢242net地质学专业2022届本科毕业生 李林曦
审核：唐朝生
