Ученые выяснили, когда на Луне появились вулканы

Пятьдесят лет назад НАСА и советская космическая программа провели первые миссии по возвращению образцов с Луны. Сюда входили лунные камни, привезенные на Землю астронавтами «Аполлона», и те, которые были получены с помощью роботизированных миссий, которые были частью советской программы «Луна».

Фото из открытых источников

Анализ этих пород многое рассказал о составе, формировании и геологической истории Луны. В частности, ученые пришли к выводу, что породы образовались в результате извержений вулканов более 3 миллиардов лет назад.

Новое исследование, проведенное учеными-планетологами из Академии наук Китая (CAS), проанализировало образцы, полученные марсоходом Chang'e-5, датированные 2 миллиардами лет назад.

Исследование проводила команда из Института геологии и геофизики Академии наук Китая (IGGCAS) во главе с Су Бинем, Юань Цзянъянем и Чэнь И – сотрудниками Лаборатории эволюции литосферы IGGCAS и физики Земли и планет.

К ним присоединились исследователи из Института лунных и планетарных наук (LPSI) при Нанкинском университете и Центра передового опыта CAS в области сравнительной планетологии. Статья, описывающая их результаты, опубликована в журнале Science Advances.

Основываясь на образцах, возвращенных с миссий «Аполлон» и «Луна», ученые предположили, что Луна была геологически мертвой в течение последних 3 миллиардов лет.

Однако новым образцам лунной породы, полученным миссией "Чанъэ-5" (и возвращенным на Землю в 2021 году), было всего 2 миллиарда лет, что указывает на то, что вулканическая активность происходила по меньшей мере на миллиард лет дольше, чем ожидалось ранее.

Будучи небольшим скалистым телом, тепло, которое подпитывало вулканизм на Луне, должно было быть потеряно задолго до того, как произошли эти извержения.

Ранее ученые предполагали, что вулканизм на поздней стадии мог быть вызван повышенным содержанием воды или распадом радиоактивных элементов в лунной мантии. Однако многочисленные анализы, проведенные с образцами, полученными марсоходом Chang'e-5, исключили этот консенсус.

Основываясь на своем анализе, исследователи CAS обнаружили, что минералы с низкой температурой плавления в мантии могли допустить сжатие, что привело к молодому вулканизму. Профессор Чен объяснил:

«Недавнее таяние лунной мантии может быть достигнуто либо повышением температуры, либо понижением температуры плавления», - сказал он. «Чтобы лучше понять эту проблему, мы должны оценить температуру и давление, при которых был создан молодой вулканизм».

Для своего анализа команда CAS провела серию симуляций фракционной кристаллизации и плавления лунной мантии, в которых сравнивались 27 базальтовых обломков, полученных в ходе миссии «Чанъэ-5», с теми, которые были возвращены миссиями «Аполлон».

Они обнаружили, что в образцах молодой магмы концентрация оксида кальция и оксида титана была выше, чем в старых образцах магмы Apollo.

Присутствие этих минералов, которые легче расплавляются, чем более ранние минеральные накопления в лунной мантии, означает, что вулканизм был вызван гравитацией и вызвал опрокидывание материала в мантии.

Анализ показал, что сжатие мантии могло произойти на аналогичных глубинах, но при более низких температурах, которые все равно вызвали бы вулканы.

Это исследование могло бы послужить основой для будущих планетарных исследований тепловой и геологической эволюции Луны.