Лунный океан магмы
Лунный океан магмы (LMO) — это слой расплавленной породы, который, как предполагается, присутствовал на поверхности Луны . Лунный океан магмы, вероятно, присутствовал на Луне с момента ее образования (около 4,5 или 4,4 миллиарда лет назад). [1] ) до десятков или сотен миллионов лет после этого времени. Это термодинамическое следствие относительно быстрого формирования Луны после гигантского протоземли с столкновения другим планетарным телом. Когда Луна образовалась из обломков гигантского удара, гравитационная потенциальная энергия была преобразована в тепловую энергию . Из-за быстрой аккреции Луны (примерно за месяц-год), [2] [3] [4] тепловая энергия была поймана, поскольку у нее не было достаточно времени для теплового излучения энергии через лунную поверхность. Последующая термохимическая эволюция Лунного магматического океана объясняет наличие в основном анортозитовой коры Луны, аномалии европия и KREEP материала .
Лунный океан магмы был первоначально предложен двумя группами в 1970 году после того, как они проанализировали фрагменты анортозитовых пород, найденные в коллекции образцов Аполлона-11 . [5] [6] Вуд и др. для своих анализов использовали фрагменты объемной пробы 10085. [7] Железистые анортозитовые породы, обнаруженные в ходе программы «Аполлон», состоят в основном (более 90%) из минерального плагиоклаза . [8] Более конкретно, железистые анортозитовые породы, обнаруженные на Луне, состоят из кальциевого (Ca) конечного члена плагиоклаза (т.е. анортита ). [9] Это говорит о том, что по крайней мере верхние слои Луны были расплавлены в прошлом из-за чистоты лунных анортозитов и того факта, что анортит обычно имеет высокую температуру кристаллизации. [10]
Исходное состояние
[ редактировать ]
При рассмотрении исходного состояния Лунного магматического океана есть три важных параметра: химический состав, глубина и температура. Эти три параметра во многом определяют термохимическую эволюцию. Для Лунного магматического океана существуют неопределенности, связанные с каждым из этих начальных условий. Типичный начальный химический состав составляет 47,1% SiO 2 , 33,1% MgO, 12,0% FeO, 4,0% Al 2 O 3 и 3,0% CaO (с незначительным вкладом других молекул), а также начальная глубина 1000 км и базальная глубина. температура 1900 К. [16]
Исходный химический состав и глубина
[ редактировать ]Первоначальный химический состав Лунного магматического океана оценивается на основе химического состава лунных образцов, а также химического состава и толщины современной лунной коры. В целях компьютерного моделирования исходный химический состав обычно определяется в весовых процентах на основе системы основных молекул, таких как SiO 2 , MgO, FeO, Al 2 O 3 и CaO. Семь примеров исходного химического состава Лунного магматического океана из литературы показаны на рисунке справа. Эти составы в целом аналогичны составу мантии Земли с некоторыми основными отличиями (например, Taylor Whole Moon [11] ) или без улучшений (например, Лунная примитивная верхняя мантия) [15] ) из огнеупорных элементов.
Предполагаемая начальная глубина Лунного магматического океана варьируется от 100 км до радиуса Луны. [20] [16] [21] [22]
Последовательность кристаллизации
[ редактировать ]Точная последовательность минералов из , кристаллизующихся Лунного магматического океана, зависит от исходного состояния Лунного магматического океана (а именно химического состава, глубины и температуры). Следуя идеализированной серии реакций Боуэна , оливин обычно ожидается, что первым кристаллизуется , а затем ортопироксен . Эти минералы плотнее окружающей магмы и поэтому опускаются на дно Лунного магматического океана. Таким образом, первоначально ожидается, что Лунный океан магмы будет затвердевать снизу вверх. После кристаллизации примерно 80% Лунного магматического океана минерал плагиоклаз кристаллизуется вместе с другими минералами. Породы, состоящие в основном из плагиоклаза (т.е. анортозита), формируются и плывут к поверхности Луны, образуя первичную кору Луны. [ нужна ссылка ]
Продолжительность
[ редактировать ]Лунный океан магмы мог существовать от десятков до сотен миллионов лет после образования Луны. По оценкам, Луна образовалась между 52 и 152 миллионами лет после включений, богатых кальцием и алюминием (CAI), старейших известных твердых тел в Солнечной системе , которые служат показателем ее возраста 4,567 млрд лет. [1] Точное время формирования Лунного магматического океана несколько неопределенно.
Конечными точками могут служить возраст железистого анортозита (ФАН) образца 60025 (4,360±0,003 млрд лет) и предполагаемый возраст ur-KREEP (4,368±0,029 млрд лет). [23] Если бы Луна образовалась раньше (т.е. через 52 миллиона лет после образования Солнечной системы) и оба образца указывают на полную кристаллизацию Лунного магматического океана, то Лунный магматический океан просуществовал бы около 155 миллионов лет. В этом случае компьютерные модели показывают, что для продления кристаллизации Лунного магматического океана необходим один или несколько источников тепла (например, приливное нагревание). [24] [25]
Если Луна образовалась поздно (т.е. через 152 миллиона лет после формирования Солнечной системы), то опять же, используя возраст образца железистого анортозита 60025 и предполагаемый возраст ur-KREEP, Лунный океан магмы просуществовал около 55 миллионов лет. Это означает, что Лунный океан магмы не был продлен одним или несколькими дополнительными источниками тепла.
В прошлом разница в возрасте между самыми старыми и самыми молодыми образцами железистого анортозита использовалась для определения продолжительности существования Лунного магматического океана. Это было проблематично из-за больших ошибок в определении возраста выборки, а также из-за того, что возраст некоторых выборок сбрасывался в результате ударов. Например, самый старый образец железистого анортозита - 67016 с Sm-Nd возрастом 4,56 ± 0,07 млрд лет. [26] и самый молодой - 62236 с Sm-Nd возрастом 4,29 ± 0,06 млрд лет. [27] Разница между этими возрастами составляет 270 миллионов лет. Это снова означало бы, что у Лунного магматического океана был дополнительный источник тепла, такой как приливное нагревание. [24]
циркона Анализ образцов Аполлона-14 предполагает, что лунная кора дифференцировалась 4,51 ± 0,01 миллиарда лет назад, что указывает на формирование Луны через 50 миллионов лет после возникновения Солнечной системы. [28]
Опровергающие доказательства
[ редактировать ]Одной из моделей, альтернативных модели Лунного магматического океана, является модель серийного магматизма . [29] [30]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Тубуль, Матье; Кляйне, Торстен; Бурдон, Бернар; Пальме, Герберт; Вилер, Райнер (февраль 2009 г.). «Изотопы вольфрама в железистых анортозитах: влияние на возраст Луны и время жизни ее океана магмы». Икар . 199 (2): 245–249. Бибкод : 2009Icar..199..245T . дои : 10.1016/j.icarus.2008.11.018 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Ида, Сигеру; Кануп, Робин М .; Стюарт, Глен Р. (сентябрь 1997 г.). «Лунная аккреция из ударного диска». Природа . 389 (6649): 353–357. Бибкод : 1997Natur.389..353I . дои : 10.1038/38669 . ISSN 0028-0836 . S2CID 19073356 .
- ^ Кокубо, Э. (декабрь 2000 г.). «Эволюция околоземного диска и образование одиночной Луны». Икар . 148 (2): 419–436. Бибкод : 2000Icar..148..419K . дои : 10.1006/icar.2000.6496 .
- ^ Такеда, Такааки; Ида, Сигэру (10 октября 2001 г.). «Передача углового момента в протолунном диске» . Астрофизический журнал . 560 (1): 514–533. arXiv : astro-ph/0108133 . Бибкод : 2001ApJ...560..514T . дои : 10.1086/322406 . ISSN 0004-637X . S2CID 119060440 .
- ^ Смит, СП; Андерсон, AT; Ньютон, Колорадо; Олсен, Э.Дж.; Уилли, Пи Джей (июль 1970 г.). «Петрологическая модель Луны, основанная на петрогенезисе, экспериментальной петрологии и физических свойствах». Журнал геологии . 78 (4): 381–405. Бибкод : 1970JG.....78..381S . дои : 10.1086/627537 . ISSN 0022-1376 . S2CID 129018519 .
- ^ Вуд, Дж.А.; Дики, Дж. С.; Марвин, ЮБ; Пауэлл, Б.Н. (30 января 1970 г.). «Лунные анортозиты». Наука . 167 (3918): 602–604. Бибкод : 1970Sci...167..602W . дои : 10.1126/science.167.3918.602 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17781512 . S2CID 20153077 .
- ^ «Пример описания Аполлона» . куратор.jsc.nasa.gov . Проверено 29 сентября 2019 г.
- ^ «PSRD: Самые старые лунные камни» . www.psrd.hawaii.edu . Проверено 27 сентября 2019 г.
- ^ Даути, Эрик; Принц, Мартин; Кейл, Клаус (ноябрь 1974 г.). «Ферроанортозит: широко распространенный и характерный тип лунной породы». Письма о Земле и планетологии . 24 (1): 15–25. Бибкод : 1974E&PSL..24...15D . дои : 10.1016/0012-821x(74)90003-x . ISSN 0012-821X .
- ^ Рейнольдс, Стивен Дж. (12 января 2015 г.). Изучаем геологию . Шоу, Синтия К. (Четвертое изд.). Нью-Йорк, штат Нью-Йорк. п. 123. ИСБН 9780078022920 . OCLC 892304874 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Перейти обратно: а б Тейлор, Стюарт (1982). Планетарная наука: лунная перспектива . Лунно-планетарный институт.
- ^ Перейти обратно: а б Элардо, Стивен М.; Дрейпер, Дэвид С.; Ширер, Чарльз К. (июнь 2011 г.). «Возвращение к кристаллизации лунного магматического океана: валовой состав, минералогия ранних кумулятов и источники горной магниевой свиты». Geochimica et Cosmochimica Acta . 75 (11): 3024–3045. Бибкод : 2011GeCoA..75.3024E . дои : 10.1016/j.gca.2011.02.033 . ISSN 0016-7037 .
- ^ О'Нил, HStC (апрель 1991 г.). «Происхождение Луны и ранняя история Земли. Химическая модель. Часть 1: Луна». Geochimica et Cosmochimica Acta . 55 (4): 1135–1157. Бибкод : 1991GeCoA..55.1135O . дои : 10.1016/0016-7037(91)90168-5 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Швингер, С.; Брейер, Д. (1 декабря 2018 г.). «Моделирование термохимической эволюции лунного магматического океана с использованием программ магматической кристаллизации». Тезисы осеннего собрания АГУ . 31 : P31G–3778. Бибкод : 2018AGUFM.P31G3778S .
- ^ Перейти обратно: а б Лонги, Джон (декабрь 2006 г.). «Петрогенез пикритовых морских магм: ограничения на степень ранней лунной дифференциации». Geochimica et Cosmochimica Acta . 70 (24): 5919–5934. Бибкод : 2006GeCoA..70.5919L . дои : 10.1016/j.gca.2006.09.023 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Перейти обратно: а б с Элкинс-Тантон, Линда Т.; Берджесс, Сет; Инь, Цин-Чжу (апрель 2011 г.). «Лунный океан магмы: согласование процесса затвердевания с лунной петрологией и геохронологией». Письма о Земле и планетологии . 304 (3–4): 326–336. Бибкод : 2011E&PSL.304..326E . дои : 10.1016/j.epsl.2011.02.004 . ISSN 0012-821X .
- ^ Морган, Джон В.; Хертоген, Ян; Андерс, Эдвард (июнь 1978 г.). «Луна: состав определяется небулярными процессами». Луна и планеты . 18 (4): 465–478. дои : 10.1007/bf00897296 . ISSN 0165-0807 . S2CID 122394276 .
- ^ Рингвуд, AE; Кессон, SE (1 апреля 1976 г.). «Динамическая модель петрогенезиса морского базальта». Материалы конференции по науке о Луне и планетах . 7 : 1697–1722. Бибкод : 1976LPSC....7.1697R .
- ^ Уоррен, Пол Х. (30 марта 1986 г.). «Ассимиляция анортозита и происхождение связанной с Mg/Fe бимодальности нетронутых лунных пород: поддержка гипотезы магмосферы». Журнал геофизических исследований: Solid Earth . 91 (Б4): 331–343. Бибкод : 1986JGR....91D.331W . дои : 10.1029/jb091ib04p0d331 . ISSN 0148-0227 .
- ^ Эндрюс-Ханна, JC; Асмар, Юго-Запад; Руководитель, JW; Кифер, WS; Коноплив А.С.; Лемуан, ФГ; Мацуяма, И.; Мазарико, Э.; Макговерн, Пи Джей (5 декабря 2012 г.). «Древние магматические интрузии и раннее расширение Луны, обнаруженные с помощью гравитационной градиентометрии GRAIL». Наука . 339 (6120): 675–678. дои : 10.1126/science.1231753 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 23223393 . S2CID 18004181 .
- ^ Рэпп, Дж. Ф.; Дрейпер, DS (16 апреля 2018 г.). «Фракционная кристаллизация лунного магматического океана: обновление доминирующей парадигмы» . Метеоритика и планетология . 53 (7): 1432–1455. Бибкод : 2018M&PS...53.1432R . дои : 10.1111/maps.13086 . ISSN 1086-9379 . S2CID 134257173 .
- ^ Соломон, Южная Каролина; Чайкен, Дж. (1 апреля 1976 г.). «Тепловое расширение и тепловое напряжение на Луне и планетах земной группы - ключ к ранней тепловой истории». Материалы конференции по науке о Луне и планетах . 7 : 3229–3243. Бибкод : 1976LPSC....7.3229S .
- ^ Перейти обратно: а б Борг, Ларс Э.; Гаффни, Эми М.; Ширер, Чарльз К. (2015). «Обзор лунной хронологии, выявляющий преобладание возрастов 4,34–4,37 млрд лет». Метеоритика и планетология . 50 (4): 715–732. Бибкод : 2015M&PS...50..715B . дои : 10.1111/maps.12373 . ISSN 1945-5100 . ОСТИ 1249132 . S2CID 129888873 .
- ^ Перейти обратно: а б Чен, Эринна, Массачусетс; Ниммо, Фрэнсис (сентябрь 2016 г.). «Приливная диссипация в лунном океане магмы и ее влияние на раннюю эволюцию системы Земля-Луна». Икар . 275 : 132–142. Бибкод : 2016Icar..275..132C . дои : 10.1016/j.icarus.2016.04.012 . ISSN 0019-1035 .
- ^ Перера, Виранга; Джексон, Алан П.; Элкинс-Тантон, Линда Т.; Асфауг, Эрик (май 2018 г.). «Влияние повторного воздействия обломков на затвердевание лунного магматического океана». Журнал геофизических исследований: Планеты . 123 (5): 1168–1191. arXiv : 1804.04772 . Бибкод : 2018JGRE..123.1168P . дои : 10.1029/2017je005512 . HDL : 10150/628510 . ISSN 2169-9097 . S2CID 55542872 .
- ^ Перейти обратно: а б Альберт, Шанталь; Норман, Марк Д.; Маккалок, Малкольм Т. (июль 1994 г.). «Древний Sm-Nd возраст железо-норитового обломка анортозита из лунной брекчии 67016». Geochimica et Cosmochimica Acta . 58 (13): 2921–2926. Бибкод : 1994GeCoA..58.2921A . дои : 10.1016/0016-7037(94)90125-2 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Перейти обратно: а б Борг, Ларс; Норман, Марк; Найквист, Ларри; Богард, Дон; Снайдер, Грег; Тейлор, Ларри; Линдстрем, Мэрилин (октябрь 1999 г.). «Изотопные исследования железистого анортозита 62236: молодой породы лунной коры из легкого источника, обедненного редкоземельными элементами». Geochimica et Cosmochimica Acta . 63 (17): 2679–2691. Бибкод : 1999GeCoA..63.2679B . дои : 10.1016/s0016-7037(99)00130-1 . ISSN 0016-7037 .
- ^ Барбони и др. «Раннее формирование Луны 4,51 миллиарда лет назад». Достижения науки . Том 3. Выпуск 1. Январь 2017. https://doi.org/10.1126/sciadv.1602365.
- ^ Гросс, Дж.; Трейман, А.Х.; Мерсер, CNM (март 2012 г.). «Затопление лунного океана магмы: новые данные о метеоритах и возвращение серийного магматизма». Конференция по науке о Луне и планетах (1659 г.): 2306. Бибкод : 2012LPI....43.2306G .
- ^ Гросс, Джулиана; Трейман, Аллан Х.; Мерсер, Селестина Н. (февраль 2014 г.). «Лунные полевошпатовые метеориты: ограничения на геологию лунного нагорья и происхождение лунной коры». Письма о Земле и планетологии . 388 : 318–328. Бибкод : 2014E&PSL.388..318G . дои : 10.1016/j.epsl.2013.12.006 . ISSN 0012-821X .
| Физический характеристики |  | |
|---|---|---|
| Орбита | ||
| Поверхность и функции | ||
| Наука | ||
| Разведка | ||
| Определение времени и навигация | ||
| Фазы и имена | ||
| Повседневные явления | ||
| Связанный |
| |
