长期以来，科学界普遍认为月球土壤中的放射性同位素⁴⁰Ar主要源于月球内部钾-40（⁴⁰K）的衰变。这一过程通过火山活动或气体逸散将⁴⁰Ar释放至月表，并在太阳风作用下被电离、捕获于月壤颗粒中。然而，中国科学院西北生态环境资源研究院油气资源研究中心稀有气体地球化学科研团队的最新研究颠覆了这一传统认知——他们发现，嫦娥五号采集的月壤样品中检测到的过量⁴⁰Ar，很可能并非完全来自月球自身，而是源自的“地球高层大气中的离子”（如Ar⁺、O⁺、N⁺等，在太阳风和地球磁层的共同作用下被加速并逃逸至太空的现象或称“地球风”）。近日，该研究成果以《Excess ⁴⁰Ar in Chang’e-5 lunar soils suggests a possible origin from Earth wind》为题，发表于国际太阳系科学研究专业期刊《Icarus》。研究首次提出，嫦娥五号月壤中超出理论预期的⁴⁰Ar，可能并非源自月球内部或太阳风，而是由“地球风”从地球高层大气携带并注入月球表面，为理解地—月系统间的物质交换提供了全新视角。

图1. ⁴⁰Ar/³⁶Ar比值与⁴⁰Ar/累计释放比例的关系。横轴表示⁴⁰Ar/的累计释放百分比，每个橙色矩形的水平长度代表在对应温度下释放的40Ar量。绿色带显示嫦娥五号月壤中的总⁴⁰Ar/³⁶Ar比值，蓝色带表示假设地球风中⁴⁰Ar/³⁶A比值与地球大气一致时的比值。图中插图为红色框内区域的放大视图。

    研究团队通过对嫦娥五号月壤样品进行高精度稀有气体同位素分析，结合先进的Noblesse静态真空质谱技术，系统测定了氩同位素组成，揭示出两种不同的⁴⁰Ar来源：一类与³⁶Ar高度相关，其同位素特征与地球大气一致，推测为“地球风”注入；另一类则独立于³⁶Ar，源自月壤本地⁴⁰K的长期衰变。尤为关键的是，数据分析显示，“地球风”贡献了月壤中显著比例的氩气，特别是解释了以往无法用内源衰变或太阳风注入模型说明的⁴⁰Ar过剩现象。图2所示的⁴⁰Ar/³⁶Ar比值随温度释放的变化曲线清晰地展示了这一双组分特征，其中绿色带与蓝色带的重叠区域暗示了地球大气成分的存在。此外，研究还指出，地球风对不同纬度、地质背景下的月壤挥发物分布具有显著影响。科学家预测，即将返回的嫦娥六号月球背面样品将成为检验“地球风输运假说”的关键证据——若背面月壤中⁴⁰Ar/³⁶Ar比值显著低于正面，则将进一步支持地球风主导输入的观点。

图2. 样品纯化装置与Noblesse静态真空质谱仪之间连接的示意图。嫦娥五号采集的月壤样品通过样品纯化装置，在不同温度下净化处理，随后引入Noblesse质谱仪中，进行氩同位素组成的分析。红色虚线框标示了稀有气体纯化装置。

    本研究第一作者为西北院油气中心博士生赵莉，李立武研究员与王先彬研究员担任通讯作者，其它作者有西北院油气中心曹春辉高级工程师、兰州大学地质矿产资源学院汤庆艳教授。依托西北研究院地球化学分析测试中心的国际领先地球化学分析测试平台，团队成功将稀有气体地球化学示踪技术从油气勘探、地震监测拓展至深空探测领域，彰显了跨学科融合的潜力。这一发现不仅重塑了人类对月球挥发分来源的理解，更开启了地—月系统物质交换研究的新篇章。未来，随着嫦娥系列任务持续推进，科学家有望进一步揭示天体间大气演化与物质循环的深层机制，为探索生命起源与宇宙演化提供坚实支撑。

平台简介： 中国科学院西北生态环境资源研究院地球化学分析测试中心稀有气体同位素分析实验室是我国最早开展稀有气体同位素组成研究的专业实验室之一，自20世纪80年代初建立以来，始终致力于稀有气体地球化学分析技术的研发与应用。经过四十余年的发展，实验室已建成国内领先、国际先进的稀有气体同位素分析平台，成为我国在该领域的重要科研基地。实验室先后引进并运行了VG5400、MM5400等多代高精度稀有气体质谱仪，并于近年来装备了多台国际先进的静态真空稀有气体质谱计。系统具备超高灵敏度和稳定性，可实现对极微量气体样品（可达10⁻¹⁸ mol级）的精确同位素测定，显著提升了对复杂地质与行星样品的解析能力。依托这一先进平台，实验室可开展天然气、温泉逸出气、断层气、水溶气以及矿物包裹体中稀有气体（He、Ne、Ar、Kr、Xe）的同位素组成分析，涵盖⁴He、³He、²¹Ne、²²Ne、³⁶Ar、³⁸Ar、⁴⁰Ar等多种同位素体系。这些数据广泛应用于油气资源勘探、地震前兆监测、地下水循环、地热系统演化及地质年代学研究等领域。近年来，实验室积极推动学科交叉与技术拓展，成功将稀有气体同位素技术应用于行星科学前沿研究。在嫦娥五号月壤样品分析中，实验室凭借其高精度Ar同位素测定能力，为揭示月球挥发分来源、验证“地球风”注入假说提供了关键数据支撑。