如何获取月球上矿产资源的成分组成？
中国嫦娥五号带回来的月球土壤，其中部分曾被拿出来做公益展览，当时被很多人调侃，可惜的是经证实月球土壤无法种菜。这些都是玩笑话，虽然无法种菜，但是月球土壤具有巨大的科研价值，不仅能够帮助确定地球月球和太阳系的起源历史，还能用于分析月球存在的各种元素。
中美建交蜜月期，美国送给中国1克土壤，仅凭这一克土壤，中国的科研团队就搞出了14篇论文。中国是世界上第三个从月球挖土并且带回地球研究的国家，在此之前，美国的阿波罗计划曾经带回过七百多斤的月球土壤，而苏联也曾采用无人探测器的方式带回过三百多克的月球土壤。
这些月球土壤，大部分都是风化形成的微小颗粒，科学家们将其取出部分磨碎，然后贴在碳质透明胶上，用高分辨率扫描显微镜和分光计进行观察测试，或者采用原子探针断层扫描技术，对其中的一粒尘埃进行成分分析，进而确定月球土壤中各种矿物质的含量。
除此之外，科研人员还能通过月球人造卫星发回的多光谱探测数据，确定月球月球岩石种类和矿产资源的分布范围和大致数量。
月球上到底存在着哪些矿产资源？通过对比中国带回的样品和美国的发现，中国的样品竟然是彩色的，里面含有很多石英玻璃颗粒，而美国的则偏灰暗。这主要是因为月球上存在着大量的二氧化硅，硅元素的含量达到了百分之二十以上，而中国选择的采样点位于月球背面——一个长期遭受陨石和小行星撞击的位置。
撞击产生的高温让二氧化硅产生反应，形成玻璃渣，这意味着人类可以在月球上制造玻璃。人类探测月球带回来的月球样品，主要是两个部分组成，即月球岩石颗粒和月壤。
除了大量的二氧化硅之外，通过对月球样品的研究分析，人们惊喜地发现地球上最常见的矿物，月球上都存在，其中氧、铝、铁、镁、钙、钠、钾等元素最多。月球上的岩石主要由三部分组成，月海玄武岩、苏长岩和富铝斜岩。
月海玄武岩是人类研究最多最透彻的，广泛存在于月球的各个洼地，初步估计超过百万立方公里。月海玄武岩里面含有丰富的钛铁矿，保守估计能够提炼出一百万亿吨钛铁矿。铁的作用不必多说，钛是一种机械性能十分好的材料，轻便抗腐蚀、延展性好、耐低温、耐高温，被广泛应用于多个工业领域。
苏长岩中含有丰富的钾、稀土族元素、磷以及铀和钍等放射性元素，能够提炼出67亿吨稀土、84亿吨铀和36亿吨钍，富铝斜岩中则含有铝等矿物。月球土壤，光是月球表面五厘米厚的砂土中，就含有上亿吨铁，而且是十分便于冶炼的氧化铁，然后还有粒径约06微米的纯钼微粒。
钼可以提高合金钢的强度、韧性，或者用于催化剂、活化剂和化肥的制造，但是钼在地球地壳中的含量仅为000015％，并且极难以游离态存在。得益于太阳风中的高能粒子在真空状态下不断作用于月球表面，月球上的含钼化合物发生了还原反应，生成了纯钼微粒，极具诱惑力。
不过这两都不是重点，月球表层土壤中的大头，毫无疑问是人类梦寐以求的氦三。氦三在地球的可开采量仅为几百千克，但是在月球上却有上百万吨，这源自于太阳风的长时间抛射，毕竟月球表面没有没有地球这样的磁场和大气层保护。
综合来说，经过人类的粗略统计，月球上不仅存在着丰富的铜、氢、铁、硅、钛、铝等常见矿物，还存在着大量的稀土、钼、氦三、锰、钴、铬、镍、镁等地球相对稀缺的矿物资源。
人类的未来，氦三说到这里就不得不特别提一下氦三，地球上仅有几百千克可以开采的氦三，但是月球上却存在着上百万吨。这意味着什么呢？
氦三是一种可以应用于第四代核武器、核电站和宇宙飞船的核聚变原料，但是和当前核电站普遍使用的原料不同的是，这种原料十分安全，反应过后没有辐射无污染，而且能效比超高，仅需10吨就能满足我国一年的能源需求，100吨就足够全世界使用一年，这意味着月球上的氦三足够人类使用几千年乃至上万年。
而且虽然目前来看人类登陆月球花费巨大，但是一旦在月球开采氦三的技术成熟，即便是扣除掉这笔昂贵的费用，依旧能够实现高达250倍的回报，每年仅需几艘载重百吨的飞船来回，就能带来全人类所需的能源。这也无怪乎氦三作为一种优秀的未来能源。
“遍地黄金”的月球，采一趟矿可不容易有人说虽然月球上的矿产资源丰富，但是除了氦三，用航天器开采并带回并不划算，是十足的亏本买卖。其实这不是什么问题，只要技术足够，人类完全能够实现在月球上就地取材建造相关设备和设施，然后只送氦三和部分珍稀矿藏回来。
比如人类每开采一吨的氦三，就会得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳，开采的钛铁矿和其他金属可以用于制造月球基地和火箭、宇宙飞船，还会产生液氧等附属产品，可以用于生产水和氧气，月球基地的留守人员完全可以实现自给自足。
不过让人担忧的是，尽管我们将月球上的氦三描述得如此丰富，但是按照月球表面氦三的平均浓度来计算，人类要想获取一克氦三，依旧需要处理超过150吨的月球土壤，一吨就意味着要处理15亿吨月球土壤，这比黄金的获取难度还要高上百倍。除非人类找到富集区，否则其中的艰辛可想而知。
更值得一提的是，月球不同于地球，上面温差太大，微重力，又是真空环境，而且充满了宇宙高能射线和微陨石，这意味着现有的润滑油和密封材料将难以使用，机械的持续稳定运转将面临巨大挑战。按照美国科学家的想法，想要在月球实现采矿，就必须解决一系列问题。
微陨石碰撞防护、低重力下的稳定性、就地取材制造炸药、设备自动化、遥控与机器人操纵、真空低温下高强度高耐久性轻型材料的制造、蓄电池和燃料电池或者辐射能源的供应。
按照俄罗斯科学家的估算，如果人类现在开始致力于氦三的开采研究，未来三四十年即可实现，总花费预计将达到几千亿美元，这个数目看起来是个天文数字。所以人类对于未来的探索，内耗毫无疑问是最大的阻力之一。
月球距地球的平均距离为384402km，半径为1735km，体积为22×109km3，平均密度为334g/cm3。
月壳的地形分为月海和高地两部分。月海地势低洼，无水；高地为山地地势。月球表面大部分被一层疏松的岩石、矿物颗粒、玻璃碎块以及少量陨石碎屑所覆盖。月球大气圈非常稀薄，无水和蒸汽，并具有还原性质，在这样的环境条件下，即使是月球上非常古老的岩石也能保持原始状态。月球表面岩石密度为31～32g/cm3，和月球平均密度相差不大，说明月球物质的分异是相当微弱的。
由于登月的成功，人类已从月球表面采回未胶结的微粒物质（月壤）及角砾岩等，使得人们对月球的物质组成获得了能够直接观测的实物对象。
月岩主要有三种类型：
（1）月海玄武岩。分布于相对低洼的广阔地区。主要由斜长石、单斜辉石和钛铁矿组成。在化学成分上与地球上的大洋拉斑玄武岩相似，但TiO2和FeO含量较高。
（2）高地斜长岩。分布于月球高地。其化学成分以富铝为特征，TiO2和FeO含量偏低。除主要岩石类型为斜长岩外，有少量橄长岩、苏长岩和浅色辉长岩。
（3）高地玄武岩。主要由基性斜长石、单斜辉石和钛铁矿组成。同月海玄武岩相比，铁和不透明矿物含量偏低，斜长石含量偏高，富铝。高地玄武岩中，有一种富钾、稀土和磷的岩石，被称为“KREEP”。这种岩石在地球上未曾发现，其化学成分类似花岗岩，故又被称为“月球花岗岩”。
不同类型月岩平均的氧化物成分见表1-24。其微量元素组成见表1-25。
表1-24 不同类型月岩的主要化学成分（wB/%）
表1-25 某些月岩的微量元素成分（wB/10-6）
月球岩石的年龄测定结果表明：月壳形成年龄为45×109a（年），高地玄武岩年龄在39×109a～40×109a，月海玄武岩稍年轻些，但也在31×109a～39×109a。由于月球地表不存在风化作用，所以月球表层很少受到后期月质作用的干扰，基本保留了其原来的面貌，这为研究月球历史提供了实物依据。
不同学者曾提出多种估算月球化学组成的方案。由于估算方案不同，所得结果也存在较大差异。但可看出，月球的成分与陨石和地球成分均有较大差别。月球比地球和球粒陨石富含难熔元素，亏损挥发性元素和亲铁元素。月球挥发性元素比地球贫50～100倍。
如果说陨石记录了最早期太阳系形成的信息，月岩则主要提供了关于原始月球形成的资料。月岩平均的元素丰度级次列于表1-26。
表1-26 月岩中元素的丰度
（1）根据均摊法，结合晶胞结构，可知晶胞中含有氧原子数为12×
| 1 |
| 4 |
| 1 |
| 8 |
（2）铁是26号元素，核外电子排布为1s22s22p63s23p63d64s2，故答案为：1s22s22p63s23p63d64s2；
（3）冰中水分子之间有氢键，氢键具有方向性，所以分子之间的空隙较大，所以密度比干冰小，故答案为：冰中水分子之间有氢键，氢键具有方向性，所以分子之间的空隙较大；
（4）H3O+中O原子的价电子对数为
| 6+31 |
| 2 |
（5）在配合物[Ti（H2O）6]Cl3中，6个水分子与钛离子之间有6个配位键，为σ键，每个水分子内有2个单键，也是σ键，所以每个配合物中的配位键数为6+2×6=18，所以1mol配合物中含σ键的数目为18mol，故答案为：18mol．
45亿年前，月球表面仍然是液体岩浆海洋。科学家认为组成月球的矿物克里普矿物(KREEP)展现了岩浆海洋留下的化学线索。KREEP实际上是科学家称为“不兼容元素”的合成物－－那些无法进入晶体结构的物质被留下，并浮到岩浆的表面。对研究人员来说，KREEP是个方便的线索，说明了月壳的火山运动历史，并可推测彗星或其他天体撞击的频率和时间。
月壳由多种主要元素组成，包括：铀、钍、钾、氧、硅、镁、铁、钛、钙、铝及氢。当受到宇宙射线轰击时，每种元素会发射特定的伽玛辐射。有些元素，例如：铀、钍和钾，本身已具放射性，因此能自行发射伽玛射线。但无论成因为何，每种元素发出的伽玛射线均不相同，每种均有独特的谱线特征，而且可用光谱仪测量。人类仍未对月球元素的丰度作出面性的测量。现时太空船的测量只限于月面一部分。
月球有丰富的矿藏，据介绍，月球上稀有金属的储藏量比地球还多。月球上的岩石主要有三种类型，第一种是富含铁、钛的月海玄武岩；第二种是斜长岩，富含钾、稀土和磷等，主要分布在月球高地；第三种主要是由01～1毫米的岩屑颗粒组成的角砾岩。月球岩石中含有地球中全部元素和60种左右的矿物，其中6种矿物是地球没有的。
月球的矿产资源极为丰富，地球上最常见的17种元素，在月球上比比皆是。以铁为例，仅月面表层5厘米厚的沙土就含有上亿吨铁，而整个月球表面平均有10米厚的沙土。月球表层的铁不仅异常丰富，而且便于开采和冶炼。据悉，月球上的铁主要是氧化铁，只要把氧和铁分开就行；此外，科学家已研究出利用月球土壤和岩石制造水泥和玻璃的办法。在月球表层，铝的含量也十分丰富。
月球土壤中还含有丰富的氦3，利用氘和氦3进行的氦聚变可作为核电站的能源，这种聚变不产生中子，安全无污染，是容易控制的核聚变，不仅可用于地面核电站，而且特别适合宇宙航行。据悉，月球土壤中氦3的含量估计为715000吨。从月球土壤中每提取一吨氦3，可得到6300吨氢、70吨氮和1600吨碳。从分析看，由于月球的氦3蕴藏量大，对于未来能源比较紧缺的地球来说，无疑是雪中送炭。许多航天大国已将获取氦3作为开发月球的重要目标之一。
月球表面分布着22个主要的月海，除东海、莫斯科海和智海位于月球的背面（背向地球的一面）外，其他19个月海都分布在月球的正面（面向地球的一面）。在这些月海中存在着大量的月海玄武岩，22个海中所填充的玄武岩体积约1010千米，而月海玄武岩中蕴藏着丰富的钛、铁等资源。若假设月海玄武岩中钛铁矿含量为8%，或者说二氧化钛含量为42%，则月海玄武岩中钛铁矿的总资源量约为13×1015～19×1015，尽管这种估算带着很大的推测性与不确定性，但可以肯定的是月海玄武岩中丰富的钛铁矿是未来月球可供开发利用的最重要的矿产资源之一。
克里普岩是月球高地三大岩石类型之一，因富含钾、稀土元素和磷而得名。克里普岩在月球上分布很广泛。富含钍和铀元素的风爆洋区的克里普岩被后期月海玄武岩所覆盖，克里普岩混合并形成高灶和铀物质，其厚度估计有10～20千米。风暴洋区克里普岩中的稀土元素总资源量约为225亿至450亿吨。克里普岩中所蕴藏的丰富的钍、轴也是未来人类开发利用月球资源的重要矿产资源之一。
此外，月球还蕴藏有丰富的铬、镍、钠、镁、硅、铜等金属矿产资源。
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