Лунные породы
Благодаря мягким посадкам автоматических станций на Луну, а затем и полетам на Луну американских астронавтов стали известны механические свойства лунного грунта и его химический состав. На Луне не оказалось толстого слоя пыли, которого когда-то опасались многие конструкторы лунников, но пыль на Луне есть. Она темно-серого цвета и по внешнему виду напоминает цемент.
Образцы лунных пород внешне похожи на земные изверженные базальты. В состав их входят хорошо известные на Земле химические элементы (Si, Al, Fe, Ca, Mg и др.). Но в лунных породах больше, чем в земных, содержится тугоплавких элементов (Ti, Zr, Cr и др.) и меньше – легкоплавких (Pb, K, Na и др.). Химический состав различных участков поверхности Луны неодинаков.
В поверхностном слое Луны (реголите) содержатся осколки магматических пород, шлакообразные частицы с оплавленными гранями. Многие образцы как бы обработаны песком. Их вид свидетельствует о том, что они длительное время подвергались своеобразной эрозии (ударам мелких метеоритов и обработке потоками частиц, непрерывно исходящими от Солнца).
Из-за отсутствия воды минералов на Луне значительно меньше, чем на Земле. Микроорганизмов на Луне не обнаружено.
Лунные породы относятся к очень древним – их возраст составляет примерно 4 млрд. лет, причем самыми “молодыми” (несколько более 3 млрд. лет) оказались образцы, доставленные из морских районов.
На Луне давно завершилась эпоха активного вулканизма. С течением времени уменьшалась и интенсивность метеоритной бомбардировки лунной поверхности. Благодаря этому на протяжении последних 2 – 3 млрд. лет вид Луны практически не изменился. А на Земле, как вы знаете из курса географии, под воздействием воды и воздуха древний рельеф не мог сохраниться. Сравнение лунного и современного земного рельефа помогает воссоздать условия, в которых на Земле формировались запасы полезных ископаемых. Это необходимо знать для разработки научных основ поиска полезных ископаемых.
Еще и сейчас происходят лунотрясения (напоминающие слабые землетрясения). Они зарегистрированы сейсмографами, установленными на Луне астронавтами. Данные этих приборов позволили исследовать внутреннее строение Луны, выделив кору (толщиной около 60 км), мантию (до 1000 км) и ядро (его радиус около 750 км).
Источник
Земная порода с Луны
Этот образец был доставлен с поверхности Луны экспедицией «Аполлон-14» в 1971 году. В реестре лунных образцов Института наук о Луне и планетах (Lunar and Planetary Institute, LPI) в Хьюстоне (США) он числится под номером 14321. В журнале регистрации образцов в графе «тип породы» написано просто — брекчия. В описании читаем следующее: «Это самый большой образец, доставленный миссией „Аполлон-14“, и третий по размеру из всех образцов, доставленных в ходе всех экспедиций проекта „Аполлон“. Это типичный образец для зоны выброса вещества из кратера, представляющий из себя плотно сцементированную полимиктовую брекчию, в которой обломки преимущественно темных пород помещены в более светлую матрицу. Образец слегка оплавлен».
Брекчия — это обломочная горная порода, в которой обломки других, более древних по возрасту пород скреплены «цементом», который называется матрица. Слово «полимиктовая» означает, что эти обломки представлены различными по составу породами. И это слово в данном случае является ключевым.
Место отбора образца 14321 — зона выброса коренных пород, окружающая гигантскую лунную котловину — Море Дождей. Примерно 3,85 млрд лет назад здесь упал гигантский метеорит, в результате чего на поверхности Луны образовался огромный кратер диаметром около 1300 км. В результате мощного ударного воздействия куски пород основания были выброшены за пределы кратера и на сегодняшний день образуют полосу (зону) выброса шириной 800 км, окружающую Море Дождей. Сама котловина была впоследствии заполнена неоднократно изливавшимися здесь базальтовыми лавами. В зоне выброса при этом сохранились фрагменты древних коренных пород, которые и представляют особый интерес для изучения.
Зона выброса вокруг Моря Дождей является уникальным местом не только потому, что здесь на поверхности лежат куски древнейших пород, но и потому, что это могут быть самые глубинные породы Луны из тех, что когда-либо были вынесены на поверхность, так как первоначальная глубина кратера в центральной части могла составлять от 40 до 75 км (в зависимости от массы, скорости и траектории метеорита).
На первый взгляд, образец 14321 — это типичная лунная брекчия (как говорится в описании), в которой обломки пород и минералов погружены в стеклообразную матрицу — импактное стекло, образующееся при ударе и плавлении. Большинство обломков в образце 14321представлены темными породами, действительно типичными для всех лунных брекчий. Это магматические породы основного состава (анортозиты, нориты, троктолиты), из которых по большей части состоит лунная кора. Но есть в нем и несколько обломков светлых фельзитовых пород, состав которых нетипичен для Луны.
Изображение фельзитового фрагмента образца 14321, полученное методом сканирующей электронной микроскопии с обратным рассеянием электронов. Qtz — кварц; Zircon — циркон; Ksp — калиевый полевой шпат; K-rich Matrix — обогащенная калием матрица. Фото из статьи J. Bellucci et al., 2019. Terrestrial-like zircon in a clast from an Apollo 14 breccia
По набору минералов светлые обломки пород представляют собой фельзит — мелкозернистую породу, состоящую в основном из калиевого полевого шпата и кварца с примесью циркона. Несмотря на то что такой состав абсолютно не характерен для лунных пород, крайне редко содержащих кварц и полевой шпат, изначально предполагалось, что такие породы теоретически могли образоваться в нижних горизонтах лунной коры, откуда и были выброшены на поверхность при импактном (ударном) событии из центральной части глубокого кратера.
Не противоречил этой гипотезе и возраст пород, полученный K-Ca (калий-кальциевым, см. K–Ca dating) и Rb-Sr (рубидий-стронциевым) методами радиоизотопного датирования по цирконам, — 4,0–4,1 млрд лет. То есть считалось, что порода образовалась до ударного воздействия метеорита. Однако при более детальном изучении оказалось, что порода, представленная в обломках, по всем своим петрографическим и геохимическим особенностям имеет больше общего с земными породами, чем с лунными.
Вообще, горные породы Земли и Луны в целом имеют много общего: они состоят из одного и того же набора минералов. Различия проявляются на уровне химического состава этих минералов. Для лунных пород характерны повышенные концентрации TiO2 и FeO и минимальные концентрации Na2O, K2O, P2O5. По сравнению с земными лунные породы более основные, состоят из более железистых оливина и пироксена, более основного плагиоклаза, резко обогащены ильменитом, и содержат самородное железо; также в их составе значительно меньше летучих (обладающих низкой температурой испарения) компонентов. Это свидетельствует о том, что породы обеих планет хоть и имели, вероятно, общий источник вещества, но условия их формирования были различными.
При анализе микропримесей в минералах образца методом масс-спектрометрии вторичных ионов выяснилось, что зерна циркона имеют положительные Ce/Ce* аномалии (Ce/Ce* — это отношение содержания церия к суммарному содержанию редкоземельных элементов цериевой подгруппы (La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu) — является индикатором летучести кислорода). Эти аномалии соответствуют летучести кислорода на 2–4 логарифмических единицы выше (см. Logarithmic units), чем в лунной мантии, и температурам кристаллизации от 771 до 810°C, которые являются необычно низкими для лунных магм.
Сравнительная диаграмма изотопных составов Ce/Ce* и температур образования (расчетная по содержанию титана Ti) цирконов из различных пород Земли (1–6), Луны (7) и из образца 14321 (8): 1 — Джек Хиллс (Jack Hills), Западная Австралия (древнейшие из известных цирконов на Земле возрастом 4,0–4,4 млрд лет); 2 — базальты срединно-океанических хребтов (проявление современного мантийного вулканизма); 3 — Йеллоустон; 4 — Исландия; 5 — окраинно-континентальные (см. Continental arc) вулканические дуги; 6 — островные вулканические дуги. Рисунок из статьи J. Bellucci et al., 2019. Terrestrial-like zircon in a clast from an Apollo 14 breccia
Кроме того, расчеты давления при кристаллизации кварца и циркона, выполненные по содержаниям в составе этих минералов титана, дали значения 6,9 ± 1,2 кбар, соответствующие глубине кристаллизации 167 ± 27 км на Луне. Это противоречит результатам моделирования выброса, в соответствии с которыми максимальная глубина кратера в центральной части не превышала 75 км. Весь полученный набор параметров (низкие температуры, высокая летучесть кислорода и высокие давления) абсолютно не характерен для условий образования лунных магматических пород и весьма характерен для земных магм. Напротив, в пользу лунного происхождения образца 14321 свидетельствуют наличие в породе металлического железа, валовый химический состав обломков и изотопный состав свинца в калиевом полевом шпате.
Таким образом, есть две гипотезы образования фельзитовых пород образца 14321. Первая что в основании лунной коры существовал весьма специфический магматический очаг с относительно окислительными условиями, в котором, в результате фракционирования обогащенной газово-жидкой фазой и фосфатами магмы образовались кристаллы циркона и других минералов фельзита. Затем, при ударном воздействии метеорита, эти кристаллы вошли в состав переплавленной породы, обладающей вполне «лунной» геохимией. В рамках этой гипотеза, однако, не удается объяснить высокие значения давления кристаллизации.
Вторая — что обломки фельзита имеют земное происхождение. Образование такого типа пород на небольшой глубине (19 ±3 км) в континентальной коре Земли, при низкотемпературных окислительных условиях, из обогащенных газово-жидкой фазой магм — обычное дело. Затем этот образец земной породы каким-то образом попал на поверхность Луны. Для периода поздней тяжелой бомбардировки (4,1–3,8 млрд лет назад) это вряд ли было большой проблемой. Поверхность Земли, покрытая тонкой корой, подвергалась тогда мощнейшей метеоритной бомбардировке. Отдельные куски отколотой коры вполне могли долететь до Луны и упасть на ее поверхность в виде «земного метеорита». Затем, попав в поле ударного воздействия другого, более крупного метеорита, эти куски частично сплавились с лунным реголитом, приобретя определенные черты, характерные для пород Луны.
Так что вполне возможно, что мы имеем дело с первой находкой метеорита земного происхождения на Луне.
Фото со страницы Lunar Sample 14321 сайта Института наук о Луне и планетах (Lunar and Planetary Institute). На этой странице можно рассмотреть образец со всех сторон, а также увидеть его срезы под микроскопом.
Источник
Новости
Залы планетария: 10:00 — 21:00
«Ретро-кафе»: 10:00 — 20:00
Выходной день: вторник
Музей Лунариум временно закрыт.
Ознакомьтесь с правилами посещения.
+7 (495) 221-76-90
АО «Планетарий» © 2017 г. Москва, ул.Садовая-Кудринская, д. 5, стр. 1
Геология космоса: Лунная минералогия. Армолколит.
Успешная доставка горных пород и реголита с поверхности Луны экспедициями американских астронавтов по программе «Аполлон» в 1969 — 1972 годах и советскими возвращаемыми аппаратами «Луна-16, 20, 24» в 1970-1976 годах, дали мощный импульс к рождению нового направления в научных дисциплинах о Луне — лунной минералогии.
В июле 1969 г. экипаж КА «Аполлон-11» доставил на Землю первые 22 кг скальных лунных пород. К этому времени специально для их хранения и изучения в г. Хьюстоне (США) была построена Лунная приёмная лаборатория.
Образцы лунных пород были разосланы во многие лаборатории мира и уже в январе 1970 г. в Хьюстоне прошла первая научная конференция по минералогии Луны (англ. Lunar Science Conference), на которой специалисты представили первые результаты своих работ.
Большинство изученных образцов представляли собой базальты и брекчии, сформированные в условиях отсутствия кислорода и воды. Были диагностированы 20 минералов, известных на Земле, в том числе весьма распространённые ильменит, плагиоклаз, пироксен, оливин.
Эти данные свидетельствовали о едином источнике происхождения Земли и Луны. В то же время были диагностированы три новых минерала, которые в то время отсутствовали в каталогах земных минералов. Эти минералы обнаружены в образцах лунных базальтов, отобранных экипажем КА «Аполлон-11» из района «Моря спокойствия» в июле 1969 г.
Какое-то время считалось, что они уникальны и встречаются только в лунных породах. Один из них назвали армолколитом, по первым буквам фамилий трёх астронавтов КА «Аполлон-11» — Армстронга, Олдрина, Коллинза. Армолколит (Mg,Fe 2 + )Ti2O5 был найден в лунных титанистых базальтах, сформированных при низком давлении и высокой температуре. Позже, он был обнаружен (первым из трёх) и на Земле в богатых титаном вулканических лавах, а ещё позже был зафиксирован в углистых хондритах. Он относительно редок, встречается в ассоциации с ильменитом и рутилом. Минерал пироксферроит (Fe 2+ ,Ca)SiO3 был обнаружен там же. Название происходит от слов pyroxen (греч. pyr — огонь и xenos — чуждый) и ferrum (лат. железо), как богатый железом аналог пироксмангита. В лунных образцах находился в ассоциации с троилитом, минералом, редко встречающимся на Земле. Позже, пироксферроит был найден в шахте Исанаго, в префектуре Киото в Японии, потом в США, Швеции и Финляндии. В земной коре встречается вместе с клинопироксеном, ильменитом, фаялитом.
Транквиллитит — минерал с формулой (Fe 2+ )8Ti3Zr2 Si3O24, назван в честь Моря Спокойствия ( лат. Mare Tranquillitatis), где был впервые найден. Земные образцы транквиллитита были обнаружены в районе горнопромышленного центра Пилбара в Западной Австралии в 2011 году. Это был последний лунный минерал, не имевший земных аналогов. Таким образом, все т.н. уникальные лунные минералы, считавшиеся какое-то время образовавшимися только на Луне, со временем обрели своих земных аналогов.
Источник