mg# (Ol, Opx, Pig) 100
• 1 ♦ 2
90 h о 3 а 4
+ 5
80 70 60 50
40
82 84 86 88 90 92 94 96 98 100
Ап, мол. %
Рис. 1. Бимодальность составов плагиоклаза и феми-ческих минералов в ферроанортозитах и породах магнезиальной плутонической свиты материковой коры Луны. График построен для пристинных образцов массой >0.1 г [16]: 1 - ферроанортозиты (>95% Ап в плагиоклазе); магнезиальная свита (>85% Ап в плагиоклазе): 2 - дунит, 3 - троктолиты (mg# > 80), 4 - но-риты (mg# > 75), 5 - габбронориты (mg# > 60).
(под морскими бассейнами). По этим данным состав верхней коры оказался еще более аноритозитовым (в среднем 82% модального плагиоклаза), что отвечает содержанию 27-29 мас. % А1203. Материал нижней коры также свидетельствует о повышенной степени накопления плагиоклаза (71-75%) на глубинах более 20 км. Таким образом, средний состав лунной коры отвечает гипотетическому анор-тозитовому нориту, содержащему от 18-20% [7, 11] до 27-28% [12] глинозема. Реальное разнообразие материковых пород включает несколько групп, различающихся по минералогическим, петрохими-ческим и геохимическим параметрам.
Выделение этих групп зависит от цели исследований и масштаба наблюдений [13]. Дело в том, что доставленный на Землю каменный материал не несет признаков геологических тел размером в километры или хотя бы десятки метров и представляет "разнокалиберные" фрагменты мегаре-голита. Некоторые образцы характеризуют отдельные глыбы или включения пород метрового размера в мегабрекчиях. На другом конце этого диапазона - микрофрагменты миллиметрового масштаба и тонкая фракция реголита. Эта ситуация осложнена присутствием ударно переплавленных смесей пород, продуктов их кристаллизации и дезинтеграции. Подобные процессы носили масштабный характер и являлись важным элементом переработки материала верхней коры на протяжении всей истории ее формирования [14].
Таким образом, проблема разграничения фрагментов пород эндогенного происхождения от продуктов ударного смешения и плавления представляет сложную задачу, которую не всегда удается решить однозначно. В качестве главного критерия для выделения пород, неконтаминиро-ванных материалом ударника, было предложено использовать низкие содержания сидерофильных элементов - на уровне не более 3 х 10-4 CI [15]. Дополнительно использовались структурно-петрографические, изотопные и некоторые другие характеристики. В результате этих работ был представлен список из 260 пристинных (pristine) образцов и фрагментов, которые с высокой вероятностью имеют первично-магматическое происхождение и не несут признаков значимой контаминации или плавления исходного материала [16]. Большинство этих фрагментов имеют малый размер: среди образцов с высоким коэффициентом "пристинности" 7-9 только 46 имеют массу более 1 г [13].
Главная особенность этой выборки - отчетливая бимодальность, которая проявлена на диаграмме состав плагиоклаза (% An) - магнезиальность фемических минералов (mg#), рис. 1. Этот график построен по данным [16] для образцов массой более 0.1 г. Контрастность пород лунной коры выражается в наличии двух главных совокупностей, представленных: (1) вертикальным трендом магне-зиальности пироксенов (42 < mg# < 75) в узком диапазоне основности плагиоклаза (96-99% An) и (2) трендом нормальной кристаллизационной эволюции, характеризующейся сопряженными изменениями состава минералов. Эти композиционные соотношения коррелируют с модальным составом пристинных образцов: первую группу составляют ферроанортозиты, содержащие, как правило, более 95% плагиоклаза (FAS), а вторую - породы магнезиальной свиты (HMS). На раннем этапе петрологических исследований в Mg-свиту включали дуниты, троктолиты, нориты и габбронориты. В последующем к этой внепространственной "магматической серии" стали относить более редкие и легкоплавкие продукты эволюции корово-го магматизма, включая анортозиты, нориты, габброиды и монцодиориты так называемой "щелочной свиты" - HAS, а также некоторые глиноземистые и KREEP-базальты [13]. Петрологическая обоснованность подобного объединения не является бесспорной. В частности, Ширер и Флосс [17] подчеркивают, что породы HMS и HAS представляют кумулаты различных родительских магм, генетические соотношения которых не вполне ясны. Не меньше вопросов вызывает природа KREEP-материала и высокоглиноземистого вулканизма лунных материков, который может являться эффузивным аналогом плутонических комплексов HMS или HAS типа.
Результаты изотопно-геохимических исследований показали, что высокомагнезиальные члены плутонической свиты (дунит 72415-18, некоторые нориты и троктолиты) и большинство ферроанор-тозитов представляют наиболее древнее вещество лунной коры. По данным изучения ЯЬ^г и систематики установлены близкие возраста кристаллизации этих пород 4.4-4.56 млрд. лет назад [18]. Определенно, что в этот период исходные магмы троктолит-габброноритовых плутонов формировались параллельно образованию верхней части лунной коры, причем отдельные образцы обедненных легкими РЗЭ анортозитов имеют относительно молодой возраст - 4.29 ± 0.06 млрд. лет, указывающий на продолжительный процесс материкового корообразования [19]. На интервал 4.4-4.5 млрд. лет приходится также формирование геохимического резервуара КЯЕЕР-компо-нента и мантийного источника морских базальтов (по Ш"^ систематике [20]). Таким образом, образование верхнемантийных и коровых источников магматических пород Луны произошло достаточно быстро, возможно в течение первых 40-100 млн. лет лунной истории [21]. При этом не прослеживается явных указаний на химическую хронологию событий. Напротив, можно предполагать, что образование главных типов материковых пород и бимодальности соответствующих минералогических характеристик (рис. 1) протекало практически одновременно - на фоне сопряженных процессов консолидации, деструкции и ин-трудирования анортозитовой коры мафическими плутонами.
Эти соображения подводят к выводу о возможности оценки составов наиболее ранних и примитивных родительских магм первичной лунной коры и тестирования моделей валового состава их возможного источника (недифференцированной лунной мантии или кумулатов из океана магмы). Поиск исходных расплавов предполагает выбор материковых пород, отвечающих древним возрастам кристаллизации и петролого-геохимиче-ским критериям примитивности магм, из которых они образовались. Очевидным кандидатом на эту роль являются наименее железистые ферроанор-тозиты (рис. 1) и высокомагнезиальные плутонические породы, включающие известные образцы дунита [22, 23] и представительную группу при-стинных троктолитов [3, 13, 16]. Генетическая информативность анортозитов обусловлена субход-ритовыми соотношениями плагиофильных элементов - Оа, Ей и А1 (рис. 2) и преобладающей распространенностью в составе древней лунной коры [10, 21]. Петрологическую проблему представляет высокая железистость этих полевошпатовых пород, проявленная в отсутствии фемиче-ских минералов с mg# > 75 (рис. 1). Эта ситуация требует построения и исследования схем дифференциации, допускающих одновременное сущест-
Еи/А1 ■ 106 50
20
10
1.2 3 ж 4 5
+\
С1
•••
А
+ О ^
А + д о <х>
Ал О
• V
• О
20
40
60
80
100
mg#
Рис. 2. Зависимость Еи/А1 отношения от магнезиаль-ности пристинных материковых пород (по данным [24] с изменениями) 1 - ферроанортозиты; породы магнезиальной свиты: 2 - дунит, 3 - троктолиты, 4 -нориты, 5 - габбронориты. Заштрихованное поле включает составы монцодиоритов и КЯЕЕР-базальтов.
вование относительно примитивных и производных расплавов (см. ниже).
схемы ранней магматической
дифференциации луны и проблемы
образования троктолитовых магм
Для большинства троктолитов также характерны субхондритовые соотношения плагиофильных элементов, при этом они представляют наиболее магнезиальный материал материковой коры (рис. 2). Об этом свидетельствует не столько отношение Mg/(Mg + Ре) в породах (оно отражает степень аккумуляции фемических минералов), а высокое содержание Го-компонента в оливине. На рис. 3 приведена гистограмма составов оливина из 30 пристинных троктолитов, построенная по данным [16] для образцов массой >0.1 г с содержанием модального плагиоклаза <95%. Этот график свидетельствует, что 18 троктолитов содержат оливин состава 87-90 мол. % Го (в шпинелевом троктолите установлено 92% Го). Такая обогащенность форстеритом показывает, что исходные магмы троктолитов отвечают главному критерию примитивности в плане возможной связи с субхондритовым или дифференцированным мантийным источником. В то же время, высокая магнезиальность оливина в этих породах представляет серьезную проблему лунной петрологии [25]. Дело в том, что предложенные схемы ранней магматической дифференциации Луны предполагают относительно позднюю кристаллизацию плагиоклаза из обогащенных железом
5
Число образцов 20
16 12
Дунит 72415
90 94 Fo, мол. %
Рис. 3. Гистограмма содержания Ео в оливине из высокомагнезиальных троктолитов. Из 38 пристинных троктолитов выбрано 35 образцов массой >0.1 г [16]; на графике показаны данные для 30 образцов, для которых имеется информация о составе оливина.
продуктов эволюции первичных магм. При этом главным котектическим минералом в анортозитах является не магнезиальный оливин1, а гиперстен и (в более железистых разностях) пижонит. Это накладывает серьезные ограничения на возможную природу троктолитовых магм, которые не могут являться продуктом прямого плавления лунной мантии, поскольку поля стабильности оливина и плагиоклаза в хондритовых системах при низких давлениях разделяет появление ортопирок-сена [24]. Не менее проблематична геохимическая специфика лунных троктолитов, которые несут признаки заметного обогащения редкоземельными элементами (примерно на порядок относительно анортозитов) - как полагают, вследствие некоторой контаминации KREEP-компонентом [20, 24]. Эти противоречия с составом возможного хон-дритового (?) источника явились основанием для нескольких гипотез, допускающих гибридную природу троктолитовых магм, см. обзор [10]. Оценка значимости этих петрологических схем менялась по мере эволюции представле
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.