Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Упрощенная анимация последовательности кристаллизации океана лунной магмы.
Анимация, показывающая поперечное сечение Океана Лунной Магмы по мере его кристаллизации с течением времени. Первые образующиеся твердые вещества (например, оливин) более плотные, чем окружающая магма, поэтому опускаются внутрь. После того, как около 80% Лунной Магмы Океана кристаллизовалось, менее плотные твердые вещества (например, плагиоклаз) начинают формироваться и всплывать к поверхности, образуя изначальную кору Луны.

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]

Лунная ферроанортозитовая порода с Аполлона-16
Лунный ферроанортозит с Аполлона-16 ( образец 60025 ).

Исходное состояние [ править ]

Гистограмма, показывающая семь опубликованных оценок исходного химического состава Лунного магматического океана в процентах по массе
Семь опубликованных оценок (AG) начального химического состава Лунного магматического океана в процентах по массе. Второстепенные компоненты, такие как TiO 2 и Cr 2 O 3 , не показаны. [A] Taylor Whole Moon (TWM) от Taylor (1982) [11] с изменениями в Elardo et al. (2011). [12] [B] O'Neill (1991) [13] в редакции Schwinger and Breuer (2018). [14] [C] Примитивная верхняя мантия Луны (LPUM) от Longhi (2006) [15] с изменениями в Elardo et al. (2011). [12] [D] Элкинс-Тантон и др. (2011). [16] [E] Morgan et al. (1978). [17] [F] Рингвуд и Кессон (1976). [18][G] Уоррен (1986). [19]

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.

Возраст наиболее надежного образца ферроанортозита (FAN) показан красным квадратом (столбцы ошибок меньше маркера), а наилучшая оценка образования исходного слоя KREEP на глубине (т.е. ur-KREEP) показана темным. голубой треугольник. [23] Самый старый [26] и самый молодой [27] образцы ферроанортозита показаны серыми кружками.

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 ]

  1. ^ 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 .
  2. ^ 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 .  
  3. ^ Кокубы, E (декабрь 2000). «Эволюция околоземного диска и образование одиночной Луны». Икар . 148 (2): 419–436. DOI : 10.1006 / icar.2000.6496 .
  4. ^ 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 .  
  5. ^ 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 . 
  6. ^ 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 .   
  7. ^ "Описание образца Apollo" . curator.jsc.nasa.gov . Проверено 29 сентября 2019 .
  8. ^ «PSRD: самые старые лунные камни» . www.psrd.hawaii.edu . Проверено 27 сентября 2019 .
  9. ^ 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 . 
  10. ^ Рейнольдс, Стивен Дж. (2015-01-12). Изучение геологии . Шоу, Синтия С. (Четвертое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. п. 123. ISBN 9780078022920. OCLC  892304874 .
  11. ^ a b Тейлор, Стюарт (1982). Планетарная наука: лунная перспектива . Лунно-планетный институт.
  12. ^ 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 . 
  13. ^ 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 . 
  14. ^ 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 .
  15. ^ 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 . 
  16. ^ 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 . 
  17. ^ 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 .  
  18. ^ 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 .
  19. ^ 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 . 
  20. ^ 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 .   
  21. ^ 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 . 
  22. ^ 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 .
  23. ^ 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 . 
  24. ^ 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 . 
  25. ^ 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 .  
  26. ^ 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 . 
  27. ^ 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 . 
  28. ^ 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 .
  29. ^ 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 .