12.Геохімія Місяця. Значення досліджень складу місячних порід для вирішення питань походження Землі.

Місяць, єдиний природний супутник Землі. Оскільки час одного оберту Місяця навколо Землі дорівнює часові одного оберту новколо його вісі, то Місяць завжди повернутий до Землі одною і тою ж стороною. Температура поверхні змінюється від +1150С на освітленій Сонцем стороні до -1350С на протилежній. У рельєфі виділяються позитвні та негативні форми, які називаються континентами та морями. Місяць являє собою тверде тіло, яке складається з силікатного матеріалу і позбавлений атмосфери. Завдяки вивченню гравітаційного поля Місяця було виявлено унікальні місячні об'єкти названі масконами — це маси речовини підвищеної щільності. Місяць не має магнітного поля. Але деякі з гірських порід на його поверхні виявляють залишковий магнетизм, що вказує на те, що, можливо, в історії у Місяця було магнітне поле. Перші дослідження місячних порід дозволили виділити корінні кристалічні породи, місячні брекчії і розсипи тонкого матеріалу, який складає місячний грунт – реголіт. Реголіт складається з уламків порід та мінералів, скла і часток метеоритів, в ньому часто спостерігаються сліди часткового плавлення (склоподібна маса, яка цементує уламки в брекчії).

За геофізичними дослідженнями на Місяці виділяється:

• потужна плагіоклаз-піроксенова кора (50-75 км) без гранітного шару з густиною 3100-3200 кг/м³;

• олівінова мантія потужністю 1300 км (за складом близька до ахондритів);

• розплавлене (вірогідно залізне, з домішкою FeS) ядро, радіус якого менший за 350 км. Розрахунки за тепловим потоком, який йде з надр і досягає 1/3 від земного, дозволяють припустити, що Т ядра » 1500°С.

На поверхні спостерігаються великі понижені темні (альбедо < 8%) ділянки ("моря") та підвищені світлі (альбедо >16%) ділянки ("материки"). Великі моря знаходяться лише на видимій частині Місяця і є областями виливу базальтів. Загалом поширеність порід на поверхні Місяця така: базальти - 16%, норити - 11%, габро - 54%, анортозити - 19%.

Місяць збіднений, порівняно з Землею, помірно летючими елементами (Na, K). Силікатна частина Місяця (кора+мантія) багатша на залізо, ніж силікатна частина Землі, його валовий склад збіднений залізом порівняно з Землею в цілому. Це відображає малий розмір місячного ядра, яке охоплює лише близько 1% маси планети. Місячне збіднення (порівняно з Землею) Fe, простежується у всіх сидерофільних і халькофільних елементах. Місяць менш багатий також на високо летючі елементи (Pb, Hg, Tl, вода). Newsom і Taylor (1989) назвали Місяць "сухою кісткою". І навпаки, Місяць збагачений жаростійкими літофільними елементами, маючи приблизно вдвічі більше Al і Ca, ніж Земля. Незважаючи на ці відмінності складу, Місяць і Земля мають одне й те ж співвідношення ізотопів кисню, що свідчить на користь їх формування з однієї частини сонячної туманності.

Головні мінерали місячних порід - кальцієві плагіоклази, моноклинні та ромбічні піроксени.

Другорядні мінерали - магнезіальні олівіни, ільменіт - FeTiO₃, кристобаліт (високотемпературний), піроксфероїт - (Fe,Ca)SiO₃, тридеміт.

Акцесорні мінерали - мідь, залізо, нікелисте залізо, кохеніт - Fe₃C, шрейберзит - (Fe,Ni)₃P, троїліт - FeS, калієвий польовий шпат (переважно ортоклаз - KAlSi₃O₈), кварц, армалколіт - (Fe,Mg)Ti₂O₅, ульвошпінель (Fe₂TiO₄), хроміт - FeCr₂O₄, шпінель - MgAl₂O₄, перовскіт - CaTiO₃, рутил - TiO₂, бадделеїт - ZrO₂, циркон - ZrSiO₄, хлорапатит - Ca₅(PO₄)₃Cl, вітлокіт - Ca₃(PO₄)₂, транквіллітит – Fe₈(Zr,Y)₂Ti₃Si₃O₂₄.

Частина з названих мінералів має, безумовно метеоритне походження, а деякі (армалколіт, піроксфероїт, транквіллітит) вперше були виявлені саме на Місяці. До речі, наявність останніх мінералів відображає підвищені вмісти в місячних породах тугоплавких літофільних елементів (титану, хрому, марганцю і цирконію).

Наявність в місячних породах парагенезисів, які включають залізисті силікати, троїліт та ільменіт вказує на низький парціальний тиск O₂, H₂O, S в період їх утворення, а відсутність вторинних гідратованих мінералів (гідрослюд, хлоритів тощо) свідчить про нехарактерність для Місяця гідротермальних процесів.

Деякі особливості хімізму Місяця

1. Низький вміст летючих. Низький, в порівнянні з земними аналогами, вміст летючих елементів (зокрема, помірно летючих, наприклад Na) місячних породах важко пояснити процесами селективного плавлення лави (лави зазвичай однорідні за вмістом Na), зокрема через те що існують позитивні кореляції між вмістами летючих і не летючих елементів. Вірогідною є втрата летючих під час чи після аккреції, коли відбулось значне плавлення Місяця (альтернативою такому висновку є низький вміст летючих елементів в доаккреційній речовині).

2. Низький парціальний тиск кисню. Низький парціальний тиск кисню є причиною дуже низького ступеню окиснення заліза і значно вищого ніж в земних породах відношення Eu²⁺/(Eu²⁺+Eu³⁺) (»0,7). Причина такого стану точно невідома. Але може статися (з врахуванням значно потужнішого ядра Землі), що Місяць в цілому є більш окисненим ніж Земля.

3. Кореляція елементів. Спостерігаються чіткі позитивні кореляції між вмістами елементів (як летючих, так і не летючих) що не входять в головні кристалічні фази при фракційній кристалізації: Rb(летючий)-Ba(нелетючий); Cs-Ba; Zr-Nb; Th-TR тощо. Барій-рубідієве співвідношення для місячних порід фактично постійне і дорівнює 60 (в хондритах воно близьке до 1, а в ахондритах - до 130, але в обох цих випадках довірчі межі значно ширші). Подібні кореляції часто спостерігаються і в земних магматичних породах. Тому логічним є висновок про суттєве значення магматичного фракціонування при утворенні порід Місяця. Подібність за цією ознакою "морських" і "материкових" порід є свідченням гомогенної аккреції (альтернативою цьому висновку є припущення про розплавлення значного обсягу зовнішньої частини Місяця).

4. Розподіл рідкісноземельних елементів. Розподіл рідкісноземельних елементів (нормалізований до хондритів) виявляє досить значні відмінності між "морськими" і "материковими" породами:

1. всі місячні породи (крім анортозитів) збагачені TR відносно хондритів (в деяких випадках в 200 разів), а Місяць в цілому збагачений TR приблизно в 3 рази;

2. у всіх "морських" базальтах проявлена негативна европієва аномалія;

3. у більшості "материкових" порід проявлена позитивна европієва аномалія;

4. в "морських" породах спостерігається нерівномірне збагачення TR - в титанистих базальтах більш інтенсивно накопичуються важкі TR (³Th) а не легкі (La-Nd) елементи.

5. За европієвою аномалією можна зробити висновок про багатостадійність фракціонування, результатом чого було утворення збагаченої европієм материкової кори (Eu приурочений до плагіоклазу) і збідненого Eu залишку, з якого пізніше, при частковому плавленні, утворились "морські" базальти.