火山作用是月球最重要的地質活動之一，理解其過程和機制對理解月球的演化歷史至關重要。通常情況下，早期月球內部熱膨脹導致上覆巖石圈受張力發生破裂，裂隙為巖漿上涌噴發提供了通道，從而形成月表火山及火山地貌。

與之相反的是，褶皺山脈是月球內部冷卻體積收縮引起或來自外部橫向壓力導致的巖石圈擠壓變形，引起巖漿通道發生閉合，不利于形成火山噴發。

“火山噴發與褶皺山脈的成因一直是月球科學研究的熱點話題，特別是它們共生的原因一直是科學界未曾解決的謎團。”中國科學院國家空間科學中心太陽活動與空間天氣重點實驗室研究員張鋒說。

中國科學院國家空間科學中心行星環境與演化團隊領導的國際研究小組，通過分析月球軌道探測器獲得的影像數據，在多個月球大型撞擊盆地內部發現了30余處火山口位于褶皺山脈上。通過分析月球大型撞擊盆地的形成及演化過程、火山噴發機理及運用比較行星學方法，研究團隊提出了月表冷卻收縮壓應力環境下的火山噴發機制模型。該模型為月球火山噴發與褶皺山脈共生現象提供了合理的機制和解釋。

相關研究成果發表在《自然·通訊》上。

褶皺山脈形成伴隨火山噴發

理解構造—火山相互作用機制對研究月球外動力和內動力(巖漿作用)耦合作用下的月球(熱)演化歷史有重要意義。根據目前科學家對月球的認知，月球表面來自月幔的火山噴出巖幾乎都分布于大型撞擊盆地及周緣凹地內部，這歸因于大型撞擊事件削薄了月殼，加上其對月殼的沖擊破裂作用，因此形成了有利于巖漿上升并噴發的環境。

張鋒表示，大型撞擊盆地內部填充的火山巖厚度可達幾公里，大致沿盆地中心向外逐漸變薄。撞擊挖掘后的盆地填充物與月殼之間形成了一巖性存在明顯差異的不連續界面，而目前科學界普遍認為，與褶皺山脈形成有關的斷層作用，其影響范圍局限于此界面以上(即盆地底部月殼以上的盆地填充物內)，而巖漿儲庫和源區則位于月幔。因此，科學家一直無法解釋來自月幔的巖漿如何通過月殼和盆地巖層到達月表并與褶皺山脈共生的。

撞擊坑或盆地內部填充了火山巖后，在重力和巖石冷卻收縮作用下，之后的月幔巖漿很難再發生上涌和噴發。但此次研究團隊發現，位于褶皺山脈上的火山口及噴出物證明了在月殼冷卻收縮壓應力環境下，褶皺山脈的形成伴隨著火山噴發。

新模型揭示撞擊坑或盆地火山噴發通道

在此次最新研究中，研究人員提出了一種新模型，可以對上面提到的現象及涉及的難題進行合理的解釋。

根據該模型，月球大型撞擊盆地往往是多環盆地，是盆地形成初期重力均衡調整的結果，在遠離中心的環和最外盆緣之間形成一系列規模不等的高角度月殼斷裂或斷層，早期張應力環境下，沿斷裂面的兩側巖體發生相對運動，稱之為正斷層，某些正斷層可延伸到下月殼；早期火山噴發物填充到盆地內部，之后是后期火山噴發填充。

隨著時間推進，區域張應力環境轉為橫向擠壓應力主導，之前存在的正斷層被重新激活轉為逆向運動，斷層面兩側的巖體發生反向運動(類似逆斷層)，導致月表形成褶皺山脈，這一過程已在地球上某些地質環境下得到研究和驗證。同時，調整過程中，逆向斷層運動會導致上面巖層斷裂產生新的斷層或張裂隙，從而使得月表到月殼內部由斷層相連，通道被打通，進而為上月幔的巖漿上升和噴發提供了可利用通道。而低黏滯度的玄武巖漿填充到斷層內部，起到了潤滑劑的作用，進一步促進巖體的相對運動。

張鋒說，此類現象易發生于盆地底部存在正斷層的區域，即盆地環和邊緣地帶，研究團隊識別出30個案例，幾乎都分布于遠離盆地中心的盆地環和邊緣區域，觀測結果與模型預測相契合。