В прошлом году ученые еще раз взглянули на сейсмические данные, собранные экспериментами эпохи Аполлона, и обнаружили, что нижняя мантия Луны, часть вблизи границы ядро-мантия, частично расплавлена (например, данные Аполлона, переоборудованные для обеспечения точных показаний на Луне) Core, журнал Space, 6 января 2011 г.). Их результаты показывают, что самые низкие 150 км мантии содержат от 5 до 30% жидкого расплава. На Земле этого было бы достаточно, чтобы расплавиться, отделиться от твердого тела, подняться и прорваться на поверхность. Мы знаем, что у Луны был вулканизм в прошлом. Итак, почему этот лунный расплав не прорывается на поверхность сегодня? Новые экспериментальные исследования на модельных лунных образцах могут дать ответы.
Предполагается, что текущие лунные магмы слишком плотны по сравнению с окружающими их скалами, чтобы подняться на поверхность. Подобно нефти на воде, менее плотные магмы являются плавучими и просачиваются над твердой породой. Но если магма слишком плотная, она останется там, где она есть, или даже опустится.
На основании этой возможности международная команда ученых во главе с Мирьямом ван Канером из Университета VU в Амстердаме изучает характер лунных магм. Их результаты, которые были недавно опубликованы в журнале Nature Geoscience, показывают, что лунные магмы имеют диапазон плотностей, которые зависят от их состава.
Г-жа ван Кан Паркер и ее команда сжимали и нагревали расплавленные образцы магмы, а затем использовали методы поглощения рентгеновских лучей для определения плотности материала в диапазоне давлений и температур. В их исследованиях использовались смоделированные лунные материалы, поскольку лунные образцы считаются слишком ценными для такого разрушительного анализа. Их имитаторы моделировали состав зеленых вулканических стекол Apollo 15 (которые имеют содержание титана 0,23 мас.%) И черных вулканических стекол Apollo 14 (которые имеют содержание титана 16,4 мас.%).
Образцы этих имитантов подвергались давлению до 1,7 ГПа (атмосферное давление на поверхности Земли составляет 101 кПа или в 20000 раз меньше, чем было достигнуто в этих экспериментах). Тем не менее, давление в лунном пространстве еще больше, превышая 4,5 ГПа. Итак, компьютерные расчеты проводились для экстраполяции результатов эксперимента.
Совместная работа показывает, что при температурах и давлениях, которые обычно присутствуют в нижней лунной мантии, магмы с низким содержанием титана (зеленые стекла Apollo 15) имеют плотности меньше, чем окружающий твердый материал. Это означает, что они плавучие, должны подняться на поверхность и вспыхнуть. С другой стороны, было обнаружено, что магмы с высоким содержанием титана (черные стекла Apollo 14) имеют плотность, примерно равную или превышающую плотность окружающего их твердого материала. Они не будут расти и вспыхивать.
Поскольку Луна не имеет активной вулканической активности, расплав, в настоящее время находящийся на дне лунной мантии, должен иметь высокую плотность. Результаты исследования г-жи ван Кан Паркер говорят о том, что этот расплав должен быть изготовлен из титановых магм с высоким содержанием титана, подобных тем, которые образовывали черные очки Apollo 14.
Это открытие важно, поскольку считается, что магния с высоким содержанием титана образовалась из богатых титаном пород. Эти породы представляют собой отбросы, которые остались в основании лунной коры после того, как все плавучие плагиоклазные минералы (которые составляют корку) были сжаты вверх в глобальном океане магмы. Будучи плотными, эти богатые титаном породы быстро бы опустились до границы ядро-мантия в случае опрокидывания. Такой переворот даже был постулирован более 15 лет назад. Теперь эти новые впечатляющие результаты обеспечивают экспериментальную поддержку этой модели.
Ожидается, что в этих плотных, богатых титаном породах будет много радиоактивных элементов, которые, как правило, остаются позади, когда другие элементы преимущественно поглощаются минеральными кристаллами. Результирующее радиогенное тепло от распада этих элементов может объяснить, почему части нижней лунной мантии все еще достаточно горячие, чтобы быть расплавленными. Г-жа ван Кан Паркер и ее команда также предполагают, что это радиогенное тепло может также помочь частично расплавить лунное ядро даже сегодня!
Источники:
Рентгеновские лучи освещают внутреннюю часть Луны, Science Daily, 19 февраля 2012 г.
Нейтральная плавучесть богатых титаном расплавов в глубине лунного пространства, van Kan Parker et al. Nature Geoscience, 19 февраля 2012 г., doi: 10.1038 / NGEO1402.
