Лунные магмы океан (LMO) представляет собой слой расплавленной породы , который предположил, что присутствует на поверхности Луны . Океан лунной магмы, вероятно, присутствовал на Луне с момента образования Луны (около 4,5 или 4,4 миллиарда лет назад [1] ) до десятков или сотен миллионов лет после этого времени. Это термодинамическое следствие относительно быстрого образования Луны в период после гигантского воздействия между прото Землями и другим планетарным телом. Когда Луна образовалась от обломков гигантского удара, гравитационная потенциальная энергия была преобразована в тепловую.. Из-за быстрой аккреции Луны (примерно от месяца до года) [2] [3] [4] тепловая энергия была захвачена, так как у нее не было достаточно времени, чтобы термически излучать энергию через поверхность Луны. Последующая термохимическая эволюция Лунного Магматического океана объясняет в основном анортозитную корку Луны , аномалию европия и материал KREEP .
Океан лунной магмы был первоначально предложен двумя группами в 1970 году после того, как они проанализировали фрагменты анортозитовой породы, найденные в коллекции образцов Аполлона-11 . [5] [6] Wood et al. для анализа использовали фрагменты основной пробы 10085. [7] Ферроанортозитовые породы, обнаруженные во время программы «Аполлон» , состоят в основном (более 90%) из минерального плагиоклаза . [8] Более конкретно, железо-анортозитовые породы, обнаруженные на Луне, состоят из кальциевого (Ca) конечного члена плагиоклаза (то есть анортита ). [9]Это говорит о том, что по крайней мере верхние слои Луны были расплавлены в прошлом из-за чистоты лунных анортозитов и того факта, что анортит обычно имеет высокую температуру кристаллизации. [10]
Исходное состояние [ править ]
При рассмотрении начального состояния океана лунной магмы есть три важных параметра: химический состав, глубина и температура. Эти три параметра во многом определяют термохимическую эволюцию. Для Океана Лунной Магмы есть неопределенности, связанные с каждым из этих начальных условий. Типичный начальный химический состав составляет 47,1% SiO 2 , 33,1% MgO, 12,0% FeO, 4,0% Al 2 O 3 и 3,0% CaO (с незначительным вкладом других молекул), а также начальная глубина 1000 км и базальный уровень. температура 1900 К. [16]
Исходный химический состав и глубина [ править ]
Первоначальный химический состав океана лунной магмы оценивается на основе химического состава лунных образцов, а также химического состава и толщины современной лунной коры. Для целей компьютерного моделирования исходный химический состав обычно определяется в процентах по массе на основе системы основных молекул, таких как SiO 2 , MgO, FeO, Al 2 O 3 и CaO. Семь примеров начальных химических составов Океана Лунной Магмы из литературы показаны на рисунке справа. Эти составы в целом аналогичны составу мантии Земли с основным отличием, заключающееся в некотором (например, Целая Луна Тейлора [11] ) или отсутствии улучшения (например, примитивная верхняя мантия Луны [15] )огнеупорные элементы.
Расчетная начальная глубина Лунного океана магмы варьируется от 100 км до радиуса Луны. [20] [16] [21] [22]
Последовательность кристаллизации [ править ]
Точная последовательность минералов, которые кристаллизуются из океана лунной магмы, зависит от начального состояния океана лунной магмы (а именно химического состава, глубины и температуры). В соответствии с идеализированной реакционной серией Боуэна , обычно сначала ожидается кристаллизация оливина , а затем ортопироксена.. Эти минералы более плотные, чем окружающая магма, и поэтому опускаются на дно Лунного океана магмы. Таким образом, первоначально ожидается, что океан лунной магмы будет затвердевать снизу вверх. После кристаллизации около 80% океана лунной магмы минерал плагиоклаз кристаллизуется вместе с другими минералами. Камни, которые в основном состоят из плагиоклаза (то есть анортозита), образуют и плавают к поверхности Луны, образуя изначальную кору Луны.
Продолжительность [ править ]
Океан лунной магмы мог существовать от десятков до сотен миллионов лет после образования Луны. По оценкам, Луна образовалась между 52 и 152 миллионами лет после включения богатых кальцием и алюминием включений (CAI), [1] которые, будучи самыми старыми твердыми телами в Солнечной системе, служат индикатором возраста Солнечной системы. Это, в свою очередь, оставляет неопределенным точное время формирования Океана Лунной Магмы. С другой стороны, конечная точка может быть обозначена возрастом ферроанортозита (FAN) образца 60025 (4,360 ± 0,003 млрд лет) и расчетным возрастом ur-KREEP (4,368 ± 0,029 млрд лет). [23]Если Луна сформировалась рано (то есть через 52 миллиона лет после образования Солнечной системы) и образец ферроанортозита 60025, а также оценочный возраст ur-KREEP указывают на то, что Лунный океан магмы полностью кристаллизовался, то Лунный океан магмы просуществовал бы примерно 155 миллионов лет. В этом случае компьютерные модели показывают, что для продления кристаллизации Лунного океана магмы требуется один или несколько источников тепла (например, приливного нагрева). [24] [25] С другой стороны, если Луна сформировалась поздно (то есть через 152 миллиона лет после образования Солнечной системы), то снова используя возраст образца 60025 ферроанортозита и предполагаемый возраст ur-KREEP, Лунный магматический океан продержался около 55 миллионов лет. Это означало бы, что Океан Лунной Магмы не был продлен одним или несколькими дополнительными источниками тепла.
В прошлом разница в возрасте между самыми старыми и самыми молодыми образцами ферроанортозита использовалась для определения продолжительности Лунного магматического океана. Это было проблематично из-за больших ошибок в определении возраста выборки и из-за того, что возраст некоторых образцов был сброшен из-за ударов. Например, самый старый образец железо-анортозита - 67016 с возрастом Sm-Nd 4,56 ± 0,07 млрд лет [26], а самый молодой - 62236 с возрастом Sm-Nd 4,29 ± 0,06 млрд лет [27] . Разница между этими возрастами составляет 270 миллионов лет. Это снова означало бы, что у Лунного океана магмы был дополнительный источник тепла, такой как приливное нагревание. [24]
Опровержение доказательств [ править ]
Одной из альтернативных моделей Лунного Магматического океана является модель серийного магматизма . [28] [29]
Ссылки [ править ]
- ^ a b Тубуль, Матье; Кляйне, Торстен; Бурдон, Бернар; Пальме, Герберт; Вилер, Райнер (февраль 2009 г.). «Изотопы вольфрама в ферроанортозитах: влияние на возраст Луны и время жизни ее магматического океана». Икар . 199 (2): 245–249. DOI : 10.1016 / j.icarus.2008.11.018 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Ида, Сигэру; Canup, Робин М .; Стюарт, Глен Р. (сентябрь 1997 г.). «Лунная аккреция от диска, созданного ударом». Природа . 389 (6649): 353–357. DOI : 10.1038 / 38669 . ISSN 0028-0836 . S2CID 19073356 .
- ^ Кокубы, E (декабрь 2000). «Эволюция околоземного диска и образование одиночной Луны». Икар . 148 (2): 419–436. DOI : 10.1006 / icar.2000.6496 .
- ^ Такэда, Такааки; Ида, Сигеру (10.10.2001). «Передача углового момента в протолунном диске» . Астрофизический журнал . 560 (1): 514–533. DOI : 10.1086 / 322406 . ISSN 0004-637X . S2CID 119060440 .
- ^ Смит, СП; Андерсон, AT; Ньютон, Р. Olsen, EJ; Уилли, П.Дж. (июль 1970 г.). «Петрологическая модель Луны на основе петрогенезиса, экспериментальной петрологии и физических свойств». Журнал геологии . 78 (4): 381–405. DOI : 10.1086 / 627537 . ISSN 0022-1376 .
- ^ Вуд, JA; Дики, JS; Marvin, UB; Пауэлл, Б.Н. (30 января 1970 г.). «Лунные анортозиты». Наука . 167 (3918): 602–604. DOI : 10.1126 / science.167.3918.602 . ISSN 0036-8075 . PMID 17781512 . S2CID 20153077 .
- ^ "Описание образца Apollo" . curator.jsc.nasa.gov . Проверено 29 сентября 2019 .
- ^ «PSRD: самые старые лунные камни» . www.psrd.hawaii.edu . Проверено 27 сентября 2019 .
- ^ Даути, Эрик; Принц, Мартин; Кейл, Клаус (ноябрь 1974 г.). «Ферроанортозит: широко распространенный и самобытный тип лунной породы». Письма о Земле и планетологии . 24 (1): 15–25. DOI : 10.1016 / 0012-821x (74) 90003-X . ISSN 0012-821X .
- ^ Рейнольдс, Стивен Дж. (2015-01-12). Изучение геологии . Шоу, Синтия С. (Четвертое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. п. 123. ISBN 9780078022920. OCLC 892304874 .
- ^ a b Тейлор, Стюарт (1982). Планетарная наука: лунная перспектива . Лунно-планетный институт.
- ^ a b Элардо, Стивен М .; Дрейпер, Дэвид С .; Ширер, Чарльз К. (июнь 2011 г.). «Пересмотр кристаллизации Лунного магматического океана: состав, ранняя кумулятивная минералогия и исходные регионы высокогорной Mg-свиты». Geochimica et Cosmochimica Acta . 75 (11): 3024–3045. DOI : 10.1016 / j.gca.2011.02.033 . ISSN 0016-7037 .
- ^ O'Neill, H.St.C (апрель 1991). «Происхождение Луны и ранняя история Земли - Химическая модель. Часть 1: Луна». Geochimica et Cosmochimica Acta . 55 (4): 1135–1157. DOI : 10.1016 / 0016-7037 (91) 90168-5 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Швингер, S .; Брейер, Д. (2018-12-01). «Моделирование термохимической эволюции океана лунной магмы с использованием программ магматической кристаллизации». Тезисы осеннего собрания AGU . 31 : P31G – 3778. Bibcode : 2018AGUFM.P31G3778S .
- ^ a b Лонги, Джон (декабрь 2006 г.). «Петрогенезис пикритовых магм кобылы: ограничения на степень ранней лунной дифференциации». Geochimica et Cosmochimica Acta . 70 (24): 5919–5934. DOI : 10.1016 / j.gca.2006.09.023 . ISSN 0016-7037 .
- ^ a b c Элкинс-Тантон, Линда Т .; Берджесс, Сет; Инь, Цин-Чжу (апрель 2011 г.). «Лунный магматический океан: согласование процесса затвердевания с лунной петрологией и геохронологией». Письма о Земле и планетологии . 304 (3–4): 326–336. DOI : 10.1016 / j.epsl.2011.02.004 . ISSN 0012-821X .
- ^ Морган, Джон У .; Хертоген, Ян; Андерс, Эдвард (июнь 1978 г.). «Луна: состав определяется небулярными процессами». Луна и планеты . 18 (4): 465–478. DOI : 10.1007 / bf00897296 . ISSN 0165-0807 . S2CID 122394276 .
- ^ Рингвуд, AE; Кессон, SE (1976-04-01). «Динамическая модель петрогенезиса морских базальтов». Труды конференции по лунной и планетарной науке . 7 : 1697–1722. Bibcode : 1976LPSC .... 7.1697R .
- ^ Уоррен, Пол Х. (1986-03-30). «Ассимиляция анортозита и происхождение Mg / Fe-связанной бимодальности древних лунных пород: поддержка гипотезы магмасферы». Журнал геофизических исследований: Твердая Земля . 91 (B4): 331–343. DOI : 10,1029 / jb091ib04p0d331 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Эндрюс-Ханна, JC; Asmar, SW; Руководитель, JW; Кифер, WS; Коноплив АС; Lemoine, FG; Мацуяма, I .; Mazarico, E .; Макговерн, П.Дж. (05.12.2012). «Древние магматические вторжения и раннее расширение Луны, обнаруженные с помощью гравитационной градиометрии GRAIL». Наука . 339 (6120): 675–678. DOI : 10.1126 / science.1231753 . ISSN 0036-8075 . PMID 23223393 . S2CID 18004181 .
- ^ Рапп, JF; Дрейпер, Д.С. (16 апреля 2018 г.). «Фракционная кристаллизация лунного океана магмы: обновление доминирующей парадигмы». Метеоритика и планетология . 53 (7): 1432–1455. DOI : 10.1111 / maps.13086 . ISSN 1086-9379 .
- ^ Соломон, Южная Каролина; Чайкен, Дж. (1976-04-01). «Тепловое расширение и термическое напряжение на Луне и планетах земной группы - ключи к ранней тепловой истории». Труды конференции по лунной и планетарной науке . 7 : 3229–3243. Bibcode : 1976LPSC .... 7.3229S .
- ^ а б Борг, Ларс Э .; Гаффни, Эми М .; Ширер, Чарльз К. (2015). «Обзор лунной хронологии, показывающий преобладание возрастов 4,34–4,37 млрд лет». Метеоритика и планетология . 50 (4): 715–732. DOI : 10.1111 / maps.12373 . ISSN 1945-5100 .
- ^ а б Чен, Эринна Массачусетс; Ниммо, Фрэнсис (сентябрь 2016 г.). «Приливная диссипация в лунном океане магмы и ее влияние на раннюю эволюцию системы Земля-Луна». Икар . 275 : 132–142. DOI : 10.1016 / j.icarus.2016.04.012 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Перера, Виранга; Джексон, Алан П .; Elkins-Tanton, Linda T .; Асфауг, Эрик (май 2018 г.). «Влияние повторного воздействия обломков на затвердевание океана лунной магмы». Журнал геофизических исследований: планеты . 123 (5): 1168–1191. DOI : 10.1029 / 2017je005512 . ЛВП : 10150/628510 . ISSN 2169-9097 . S2CID 55542872 .
- ^ а б Алиберт, Шанталь; Норман, Марк Д .; Маккалок, Малкольм Т. (июль 1994 г.). «Древний Sm-Nd возраст обломка железистых норитовых анортозитов из лунной брекчии 67016». Geochimica et Cosmochimica Acta . 58 (13): 2921–2926. DOI : 10.1016 / 0016-7037 (94) 90125-2 . ISSN 0016-7037 .
- ^ а б Борг, Ларс; Норман, Марк; Найквист, Ларри; Богард, Дон; Снайдер, Грег; Тейлор, Ларри; Линдстрем, Мэрилин (октябрь 1999 г.). «Изотопные исследования ферроанортозита 62236: молодой породы лунной коры из источника, обедненного легкими редкоземельными элементами». Geochimica et Cosmochimica Acta . 63 (17): 2679–2691. DOI : 10.1016 / s0016-7037 (99) 00130-1 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Гросс, Дж .; Treiman, AH; Мерсер, CNM (март 2012 г.). «Затопление океана лунной магмы: новые свидетельства метеоритов и возвращение серийного магматизма». Конференция по изучению луны и планет (1659): 2306. Bibcode : 2012LPI .... 43.2306G .
- ^ Гросс, Джулиана; Treiman, Allan H .; Мерсер, Селестин Н. (февраль 2014 г.). «Лунные полевошпатовые метеориты: ограничения на геологию лунного нагорья и происхождение лунной коры». Письма о Земле и планетологии . 388 : 318–328. DOI : 10.1016 / j.epsl.2013.12.006 . ISSN 0012-821X .