Мы изучали и исследовали образцы Аполлона из лунных морей (произносится МАР-и-э-э) в течение тридцати лет, но, несмотря на тщательный поиск этих коллекций, мы так и не нашли ни одного образца из глубинных морей. мантии, из которой образовались эти лавы. Как мог такой глубоко сидящий камень найти путь на поверхность? Крупные удары, создающие бассейны на Луне, могли прорыть кору на десятки километров (в самые глубокие слои), чтобы извлечь образцы мантии. Еще одно появление образцов мантии - это небольшие куски породы, включенные в лаву. Фрагменты породы могут отрываться при подъеме плотной жидкой магмы и становиться включениями в застывших лавовых потоках; эти «чужие» породы называются ксенолитами. Несмотря на исчерпывающие поиски образцов Аполлона, образцы мантии не были найдены ни в виде фрагмента выбросов бассейна, ни в виде ксенолита в морских базальтах.
Если этого никто никогда не видел, откуда мы знаем, как выглядит лунная мантия? О свойствах и составе недр планет можно судить по косвенным данным. Сейсмометры, оставленные на поверхности экипажами Аполлона, измеряли скорость сейсмических волн внутри Луны, что является косвенным показателем плотности недр. Плотность мантии достаточно высока, чтобы обычные поверхностные породы не могли составлять значительную ее часть; породы должны содержать большое количество минералов оливина и пироксена. Кроме того, мантийные породы частично расплавились, образовав морские базальты, местами покрывающие поверхность. Химический состав этих лав показывает, что они образовались в результате плавления породы, богатой магнием и железом. Наконец, ксенолиты земной мантии иногда обнаруживаются вовлеченными в лавы - эти куски состоят из перидотита оливин-пироксеновой породы (по названию минерала оливина (драгоценная форма - перидот), составляющего большую его часть).) Таким образом, идея о том, что породы мантии богаты оливином, является хорошо обоснованной концепцией, для которой у нас есть множество независимых доказательств. богатая магнием и железом часть Луны, расположенная ниже глубины 70-100 км) обнажаются на поверхности, поднятые из глубины ударом гигантских астероидов 4 миллиарда лет назад. Такое открытие действительно имело бы большое значение, поскольку геологи всегда ищут камни из недр, чтобы помочь нам понять структуру и состав Луны. Данные орбитальной японской миссии Кагуя показывают, что оливин присутствует в поверхностных отложениях некоторых лунных кратеров. Но как они переходят от этого наблюдения к интерпретации лунной мантии? По сути, они нанесли на карту местонахождение этих месторождений оливина и обнаружили, что многие из них встречаются в пределах краев крупных импактных бассейнов. Основываясь на моделях, полученных с помощью гравитационного картирования, кора Луны здесь считается тонкой, а мантия расположена близко к поверхности. Таким образом, эти большие ударные бассейны могли раскопать куски мантии, выбрасывая их на поверхность Луны.
Почему так важен минерал оливин? Оливин - силикатный минерал, богатый магнием и железом; он образует один из основных силикатных строительных блоков каменистых планет. В магме (жидкой породе) оливин кристаллизуется первым, и его состав является ключевым индикатором состава магмы. В настоящее время преобладает мнение, что ранняя Луна была в основном расплавленной (фаза «океана магмы»); Был ли он полностью расплавленным или просто жидким во внешней части, неизвестно, но в такой огромной системе жидких пород оливин является самым ранним минералом, который кристаллизуется. Будучи плотным, кристаллизующийся оливин тонет в жидкой магме, медленно накапливаясь в глубинах Луны. Когда вся Луна затвердеет, эти «кумулятивные» слои оливина и других богатых железом минералов составят мантию. Позже мантия частично переплавилась, образовав жидкости, излившиеся на поверхность в виде базальтовой лавы и образовавшие темные низменные равнины - моря.
Так как интерпретация Кагуя выдерживает проверку? Оценки толщины земной коры относятся к нынешней Луне после образования бассейнов. Нет особых оснований предполагать, что данное бассейнообразующее воздействие произошло в местности с тонкой корой - кора здесь тонкая, потому что образовался бассейн. Действительно, некоторые из этих импактных образований очень велики - бассейн Имбриум, большой кратер на западной ближней стороне, имеет диаметр более 1000 км, достаточно большой, чтобы пробить самые толстые участки земной коры, как можно было бы подумать. Действительно, Имбриум является одним из мест, которые команда Кагуя предлагает раскопать мантию. Таким образом, они находят эти области в тех местах, где их можно было бы ожидать.
Оливин - очень распространенный минерал, которого много в лунной коре. Любопытным фактом является то, что зерна оливина в горных породах лунного нагорья, как правило, содержат большое количество кальция, второстепенного элемента, но являющегося ключевым показателем среды кристаллизации. В земных породах оливин, образовавшийся на глубине, имеет очень низкую концентрацию кальция. Мой коллега, покойный Грэм Райдер, пришел к выводу, что кристаллы оливина в дуните (горной породе, почти полностью состоящей из оливина) с места посадки Аполлона-17 - образец, предложенный как часть лунной мантии, - скорее всего, произошли от скопления кристаллов в глубина всего в несколько километров, что намного меньше, чем глубина в десятки километров до мантии.
Поскольку спектральный картограф Кагуя обнаруживает только присутствие оливина, мы не можем отличить чистый оливин от оливина, кристаллизованного с плагиоклаз, который лунологи называют троктолитом. Троктолит часто встречается в образцах высокогорья Аполлона, но является относительно редкой горной породой на Земле. Он состоит из (более или менее) равных частей оливина и плагиоклаза, силикатного минерала, богатого кальцием и натрием. Троктолиты составляют одни из самых глубоких пород, обнаруженных в коллекциях Аполлона, но все изученные на сегодняшний день, по-видимому, имеют коровое, а не мантийное происхождение. Нет никаких объективных доказательств того, что оливин, замеченный Кагуей, не происходит из троктолитов и/или дунитов корового (не мантийного) происхождения.
Давнее желание лунных ученых исследовать более глубокие слои Луны понятно, но мы должны действовать осторожно. Подобно тому, как миссия по возвращению образцов на дно крупнейшей впадины на Луне не является гарантией того, что мы получим камни, необходимые для ответа на вопросы о ранней истории образования кратеров, новая находка большого количества оливина на Луне не означает, что части мантии лежат на поверхности, ожидая сбора какой-нибудь будущей миссией. Находки Кагуя интригуют и очень интересны, но не являются окончательным доказательством присутствия фрагментов мантии на лунной поверхности.