Земная порода с Луны

Этот образец был доставлен с поверхности Луны экспедицией «Аполлон-14»в 1971 году. В реестре лунных образцов Института наук о Луне и планетах (Lunar and Planetary Institute, LPI) в Хьюстоне (США) он числится под номером 14321. В журнале регистрации образцов в графе «тип породы» написано просто — брекчия. В описании читаем следующее: «Это самый большой образец, доставленный миссией „Аполлон-14“, и третий по размеру из всех образцов, доставленных в ходе всех экспедиций проекта „Аполлон“. Это типичный образец для зоны выброса вещества из кратера, представляющий из себя плотно сцементированную полимиктовую брекчию, в которой обломки преимущественно темных пород помещены в более светлую матрицу. Образец слегка оплавлен».

Брекчия — это обломочная горная порода, в которой обломки других, более древних по возрасту пород скреплены «цементом», который называется матрица. Слово «полимиктовая» означает, что эти обломки представлены различными по составу породами. И это слово в данном случае является ключевым.

Место отбора образца 14321 — зона выброса коренных пород, окружающая гигантскую лунную котловину — Море Дождей. Примерно 3,85 млрд лет назад здесь упал гигантский метеорит, в результате чего на поверхности Луны образовался огромный кратер диаметром около 1300 км. В результате мощного ударного воздействия куски пород основания были выброшены за пределы кратера и на сегодняшний день образуют полосу (зону) выброса шириной 800 км, окружающую Море Дождей. Сама котловина была впоследствии заполнена неоднократно изливавшимися здесь базальтовыми лавами. В зоне выброса при этом сохранились фрагменты древних коренных пород, которые и представляют особый интерес для изучения.

Зона выброса вокруг Моря Дождей является уникальным местом не только потому, что здесь на поверхности лежат куски древнейших пород, но и потому, что это могут быть самые глубинные породы Луны из тех, что когда-либо были вынесены на поверхность, так как первоначальная глубина кратера в центральной части могла составлять от 40 до 75 км (в зависимости от массы, скорости и траектории метеорита).

На первый взгляд, образец 14321 — это типичная лунная брекчия (как говорится в описании), в которой обломки пород и минералов погружены в стеклообразную матрицу — импактное стекло, образующееся при ударе и плавлении. Большинство обломков в образце 14321представлены темными породами, действительно типичными для всех лунных брекчий. Это магматические породы основного состава(анортозиты, нориты, троктолиты), из которых по большей части состоит лунная кора. Но есть в нем и несколько обломков светлых фельзитовых пород, состав которых нетипичен для Луны.

По набору минералов светлые обломки пород представляют собой фельзит — мелкозернистую породу, состоящую в основном из калиевого полевого шпата и кварца с примесью циркона. Несмотря на то что такой состав абсолютно не характерен для лунных пород, крайне редко содержащих кварц и полевой шпат, изначально предполагалось, что такие породы теоретически могли образоваться в нижних горизонтах лунной коры, откуда и были выброшены на поверхность при импактном (ударном) событии из центральной части глубокого кратера.

Не противоречил этой гипотезе и возраст пород, полученный K-Ca (калий-кальциевым, см. K–Ca dating) и Rb-Sr (рубидий-стронциевым) методами радиоизотопного датирования по цирконам, — 4,0–4,1 млрд лет. То есть считалось, что порода образовалась до ударного воздействия метеорита. Однако при более детальном изучении оказалось, что порода, представленная в обломках, по всем своим петрографическим и геохимическим особенностям имеет больше общего с земными породами, чем с лунными.

Вообще, горные породы Земли и Луны в целом имеют много общего: они состоят из одного и того же набора минералов. Различия проявляются на уровне химического состава этих минералов. Для лунных пород характерны повышенные концентрации TiO₂ и FeO и минимальные концентрации Na₂O, K₂O, P₂O₅. По сравнению с земными лунные породы более основные, состоят из более железистых оливина и пироксена, более основного плагиоклаза, резко обогащены ильменитом, и содержат самородное железо; также в их составе значительно меньше летучих (обладающих низкой температурой испарения) компонентов. Это свидетельствует о том, что породы обеих планет хоть и имели, вероятно, общий источник вещества, но условия их формирования были различными.

При анализе микропримесей в минералах образца методом масс-спектрометрии вторичных ионов выяснилось, что зерна циркона имеют положительные Ce/Ce* аномалии (Ce/Ce* — это отношение содержания церия к суммарному содержанию редкоземельных элементов цериевой подгруппы (La, Се, Рг, Nd, Sm, Eu) — является индикатором летучести кислорода). Эти аномалии соответствуют летучести кислорода на 2–4 логарифмических единицы выше (см. Logarithmic units), чем в лунной мантии, и температурам кристаллизации от 771 до 810°C, которые являются необычно низкими для лунных магм.

Кроме того, расчеты давления при кристаллизации кварца и циркона, выполненные по содержаниям в составе этих минералов титана, дали значения 6,9 ± 1,2 кбар, соответствующие глубине кристаллизации 167 ± 27 км на Луне. Это противоречит результатам моделирования выброса, в соответствии с которыми максимальная глубина кратера в центральной части не превышала 75 км. Весь полученный набор параметров (низкие температуры, высокая летучесть кислорода и высокие давления) абсолютно не характерен для условий образования лунных магматических пород и весьма характерен для земных магм. Напротив, в пользу лунного происхождения образца 14321 свидетельствуют наличие в породе металлического железа, валовый химический состав обломков и изотопный состав свинца в калиевом полевом шпате.

Таким образом, есть две гипотезы образования фельзитовых пород образца 14321. Первая что в основании лунной коры существовал весьма специфический магматический очаг с относительно окислительными условиями, в котором, в результате фракционирования обогащенной газово-жидкой фазой и фосфатами магмы образовались кристаллы циркона и других минералов фельзита. Затем, при ударном воздействии метеорита, эти кристаллы вошли в состав переплавленной породы, обладающей вполне «лунной» геохимией. В рамках этой гипотеза, однако, не удается объяснить высокие значения давления кристаллизации.

Вторая — что обломки фельзита имеют земное происхождение. Образование такого типа пород на небольшой глубине (19 ±3 км) в континентальной коре Земли, при низкотемпературных окислительных условиях, из обогащенных газово-жидкой фазой магм — обычное дело. Затем этот образец земной породы каким-то образом попал на поверхность Луны. Для периода поздней тяжелой бомбардировки (4,1–3,8 млрд лет назад) это вряд ли было большой проблемой. Поверхность Земли, покрытая тонкой корой, подвергалась тогда мощнейшей метеоритной бомбардировке. Отдельные куски отколотой коры вполне могли долететь до Луны и упасть на ее поверхность в виде «земного метеорита». Затем, попав в поле ударного воздействия другого, более крупного метеорита, эти куски частично сплавились с лунным реголитом, приобретя определенные черты, характерные для пород Луны.

Так что вполне возможно, что мы имеем дело с первой находкой метеорита земного происхождения на Луне.

Фото со страницы Lunar Sample 14321 сайта Института наук о Луне и планетах (Lunar and Planetary Institute). На этой странице можно рассмотреть образец со всех сторон, а также увидеть его срезы под микроскопом.

Владислав Стрекопытов