ПЕТРОЛОГИЯ, 2007, том 15, № 4, с. 416-437
УДК 550.42
ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ЛУННЫХ МЕТЕОРИТОВ И ВЕЩЕСТВА
ЛУННОЙ КОРЫ
© 2007 г. С. И. Демидова*, М. Ä. Назаров*, К. Ä. Лоренц*, Г. Курат**,***, Ф. Брандштеттер**, Т. Нтафлос***
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН 119991 Москва, ул. Косыгина, 19, Россия; e-mail: nazarov@geokhi.ru **Naturhistorisches Museum, A-1014 Wien, Burgring 7, Österreich; e-mail: franz.brandstaetter@nhm-wien.ac.at ***Departament für Lithosphärenforschung, Universität Wien, Althanstrasse 14,1090 Wien, Österreich; e-mail: gero.kurat@univie.ac.at, theodoros.ntaflos@univie.ac.at Поступила в редакцию 5.06.2006 г.
Впервые сообщаются результаты определения содержания главных и редких элементов в 19 новых лунных метеоритах, найденных в Омане. На основании этих и литературных данных проведена оценка состава материковых, морских и переходных (море/материк) районов лунной поверхности. Всего использованы данные о 44 лунных метеоритах общим весом 11 кг, представляющих, вероятно, 26 независимых падений. Проведенное исследование показывает, что материковая кора Луны должна быть богаче Ca и Al и беднее мафическими и несовместимыми элементами, чем считалось по результатам изучения лунных образцов и первым орбитальным исследованиям. Содержание Ir в материковой коре и анализ лунной кратерной популяции позволяет предполагать, что большая часть лунных импактитов образовалась в результате одного главного ударного события, которое определило их геохимические характеристики. В морских районах должны доминировать низкотитанистые базальты, обогащенные, однако, легкими редкоземельными элементами по сравнению с базальтами, представленными в лунных образцах. В переходных зонах море/материк в качестве характеристического материала возможно присутствие KREEP- и магнезиальных VLT-базальтов. Полученный по химии лунных метеоритов состав материковой коры не противоречит модели лунного океана магмы, но средний состав морских лунных метеоритов не согласуется с этой концепцией и указывает на ассимиляцию KREEP-материала базальтовыми магмами. Новая оценка состава материковой коры подтверждает возможное обогащение Луны труднолетучими и обеднение легколетучими и сидерофильными элементами.
Состав лунной коры отражает процессы ее формирования, так же как и состав первичного лунного вещества, и, следовательно, особенности образования нашего спутника (напр., Taylor, 1982). Понимание этих процессов представляется важным для реконструкции ранних этапов истории Земли, следы которых были практически уничтожены последующей геологической деятельностью. В настоящее время наши знания о коровом веществе Луны в основном базируются на данных дистанционного зондирования, результатах исследования лунных образцов, доставленных экспедициями "Аполлон" и АЛС "Луна". Дистанционные данные покрывают практически всю поверхность Луны, но отличаются низкой точностью и дают информацию о распределении лишь некоторых химических элементов (напр., Gillis et al., 2004). Доставленные на Землю лунные образцы изучены всем комплексом имеющихся лабораторных методов и представляют собой основную фактическую базу современного знания о Луне. Однако эти образцы отобраны только с видимой стороны Луны и из районов, которые пред-
ставляли наибольший интерес с геологической точки зрения и были приемлемы для посадки космических аппаратов.
Имеющиеся в литературе оценки состава лунной коры основаны на различных подходах и допущениях. Так, состав коры, полученный Турке-вичем (Turkevich, 1973), - это простое среднее химических составов реголита из 12 мест посадок автоматических лунных станций. В работах (Stöf-fler et al., 1985; Korotev, 1996, 1997) дается оценка состава коры до интенсивной бомбардировки, основанная на составе образцов "Аполлон 16" и геологическом анализе места посадки данной экспедиции. Наиболее популярным является состав лунной материковой коры, предложенный Тэйлором (Taylor, 1982). В этой работе содержания SiO2 (45 мас.%) и Na2O (0.45 мас.%) принимаются равными их типичным концентрациям в материковых породах. Содержания MgO и Al2O3 берутся из орбитальных данных (последнее по измеренному отношению Al/Si). Содержание FeO находится по отношению MgO/FeO в материковых породах, а СаО - по разности от 100% суммы.
Концентрации редких несовместимых элементов и К оцениваются на основе их корреляционных соотношений с Th в лунных образцах и орбитальных данных о содержании Th в поверхностных породах Луны. Содержания Cr, V и Sc получены из отношений Fe/Cr, Cr/V, Cr/Sc в материковых породах.
Лунные метеориты представляют собой новый тип лунных образцов, доступных для лабораторного изучения. Это фрагменты пород, которые были выброшены с Луны в результате ударных событий и достигли поверхности Земли. Первый лунный метеорит Y 791197 был обнаружен во льдах Антарктиды 20-ой японской антарктической экспедицией в ноябре 1979 г. Из-за внешнего сходства с некоторыми хондритами этот образец долгое время оставался неизученным. Поэтому первым лунным метеоритом считается метеорит ALHA 81005, найденный в 1982 г. в Антарктиде (Takeda et al., 1986). К настоящему времени на Земле уже найдено существенное количество лунных метеоритов. Случайный характер выброса лунных метеоритов с поверхности Луны предполагает, что их популяция - представительная выборка лунных пород как видимой, так и обратной стороны нашего спутника и может быть использована для оценки состава коро-вого вещества Луны. Такой подход был впервые предложен в работе (Palme et al., 1991) сразу же после открытия первых лунных метеоритов в Антарктиде и использовался недавно в работе (Ko-rotev et al., 2003), в которой суммированы данные по 11 лунным метеоритам материкового происхождения. Большое количество лунных метеоритов, найденных в последние годы в пустынных районах Земли, открывает новые возможности для развития этого подхода. Цель настоящей работы - оценка состава корового вещества Луны на основе указанного подхода, с использованием данных по лунным метеоритам, обнаруженным недавно в Омане, и литературным данным.
МЕТОДОЛОГИЯ
Оценка состава лунной коры, основанная на химии лунных метеоритов, должна быть состоятельной, если число находок лунных метеоритов соответствует числу их падений на Землю и числу породивших их ударных событий, случайное распределение которых по поверхности Луны не вызывает сомнения (напр., Базилевский и др., 1983; Melosh, 1989). Тогда распространенность в лунной коре определенных типов пород должна просто отвечать соотношению соответствующих типов лунных метеоритов. Такая же методология, обоснованная Чейзом (1963), используется при определении модального состава горных пород точечными интеграторами. Однако, вследствие фрагментации метеоритных тел в земной атмо-
сфере, число метеоритных падений всегда меньше числа их находок, т.е. многие находки являются парными - фрагментами одного падения. С другой стороны, одно ударное событие может привести к выбросу нескольких фрагментов пород (парность при выбросе), которые в разное время достигнут Земли и должны считаться разными падениями, что также нарушает прямую зависимость между числом ударов по лунной поверхности, выбрасывающих лунные метеориты, и числом их падений на Землю. Определение парности, особенно парности при выбросе, - непростая проблема. Некоторые подходы к ее решению имеются в работах (Nishiizumi et al., 1996; Thalmann et al., 1996; Eugster, Polnau, 1996; Назаров и др., 2003 и др.) и позволяют объединить находки в независимые падения, по числу которых можно проводить осреднение химического состава. Однако неопределенности такой группировки могут приводить к смещенным оценкам средних концентраций элементов.
В качестве альтернативного подхода можно предположить, что массовые отношения различных типов пород лунной коры пропорциональны массовым отношениям соответствующих типов лунных метеоритов. Это означает, что фрагмент большего размера может быть с большей вероятностью выброшен из петрографической провинции, занимающей большую площадь, или на территории такой провинции большее число ударных событий приведет к выбросу большей массы лунных метеоритов. При таком подходе предполагается, что состав лунной коры соответствует средневзвешенному составу лунных метеоритов (с учетом их массы), что снимает проблему парности. Однако этот подход более чувствителен к статистическому объему популяции, поскольку случайные вариации масс метеоритов могут быть значительными (распределение по массам имеет логнормальный характер), что понижает точность и может вызвать смещение оценки среднего значения. Так, например, можно сказать, что самый большой лунный метеорит Kalahari 002 (13.5 кг) найден "преждевременно": он выпадает из общего распределения лунных метеоритов по массам. С такой же проблемой сталкивается метод определения модального состава горных пород линейными интеграторами, который приводит к несмещенным оценкам только при достаточно большой статистике (Чейз, 1963). В данной работе используются оба подхода, которые рассматриваются как независимые.
В настоящее время статистический объем популяции лунных метеоритов не столь значителен: всего зарегистрировано 84 лунных метеорита общей массой 26.8 кг. Тем не менее это значительно превышает количество вещества, доставленного автоматическими станциями "Луна" (около 300 г), хотя и уступает массе образцов лунных пород, со-
бранных экспедициями "Аполлон" (380 кг). Показано, что имеющиеся в коллекциях лунные метеориты выброшены с Луны менее 10 млн. лет назад (Nishiizumi et al., 1996; Thalmann et al., 1996) и этот выброс связан с образованием небольших ударных кратеров диаметром менее 10 км (Semenova et al., 1992; Семенова и др., 1993; Warren, 1994; Назаров и др., 2003). Максимальную глубину экскавации вещества при образовании кратера диаметром 10 км можно оценить в 1 км (Melosh, 1989). Таким образом, популяция лунных метеоритов характеризует состояние лунной коры за последние 10 млн. лет до глубины менее 1 км. Для сравнения отметим, что орбитальные определения химического состава отно
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.