Тайна двух сторон Луны: как галогены повлияли на формирование лунной коры

Около 4,5 миллиардов лет назад Луна была покрыта глобальным магматическим океаном. Ожидалось, что затвердевание Луны приведёт к образованию богатой плагиоклазом коры. Однако она сформировалась только на обратной стороне Луны, тогда как видимая сторона в основном покрыта тёмными базальтами. Автор: Цзецзюнь Цзин, Университет Эхимэ

В ясную ночь Луна выглядит так же, как и для первых людей на Земле — тот же чёрно-белый облик нашего ближайшего соседа с тёмными «морями» и светлыми «возвышенностями» обращён к нам уже миллиарды лет.

Считается, что Луна образовалась в результате гигантского столкновения Земли с планетой размером с Марс — Тейей — около 4,5 миллиардов лет назад. Энергия этого удара привела к образованию магматического океана, покрывавшего как Землю, так и молодую Луну.

Охлаждение этой магмы должно было привести к формированию однородной твёрдой Луны с одинаковой корой по всей поверхности. Однако это не так. Видимая сторона Луны (лунный «ближний бок») радикально отличается от противоположной («дальнего бока»), где преобладают светлые возвышенности с практически полным отсутствием «морей».

Тёмные лунные «моря» (maria на латыни) состоят из базальтовых магм, извергавшихся около 3,5 миллиардов лет назад преимущественно на видимой стороне, тогда как на обратной стороне извержений было крайне мало. Это указывает на разную эволюционную историю двух полушарий. Почему и как это произошло? Секрет, разделивший Луну на два мира, может быть скрыт в микроскопических количествах галогенов (например, фтора и хлора), обнаруженных в лунных образцах.

Содержание галогенов в лунных минералах даёт уникальное представление об эволюции Луны, но недостаточные знания об их включении в минералы и магмы ограничивали их применение. Исследователи из Центра геодинамических исследований Университета Эхимэ (Япония) совместно с коллегами из Мюнстерского университета (Германия) и Свободного университета Амстердама (Нидерланды) провели эксперименты при высоких давлениях и температурах и получили новые данные о распределении хлора (Cl) между лунными минералами и сопутствующей магмой.

Учёные связали модели эволюции лунных недр с измерениями содержания галогенов в образцах лунной коры и обнаружили, что большинство образцов с видимой стороны аномально богаты хлором. В то же время материалы коры с обратной стороны Луны не показывают такого обогащения. В своём новом исследовании, опубликованном в Nature Communications, исследователи приводят доказательства связи этого обогащения с включением газообразных соединений хлора в породы видимой стороны.

Это открытие указывает, что широкое распространение хлоридных паров (где хлор, вероятно, присутствовал в виде металлических хлоридов) могло быть ограничено видимой стороной Луны, что связывает эти пары с лунной дихотомией.

Учитывая, что хлор является высоко летучим элементом, это парофазное метасоматическое изменение может быть связано с дегазацией (вызванной ударами или извержениями) обширных лунных базальтов в регионе Прокеларума KREEP на видимой стороне. Породы коры на обратной стороне, лишённые обогащения хлором, оказались продуктами магмы, происходящей из лунных недр около 4,3 миллиардов лет назад.

На основе моделирования соотношения F/Cl исследователи обнаружили, что особый тип лунных коровых пород, называемый Mg-серией, вероятно, происходит из глубокой мантии, сохранившей остатки первоначального лунного магматического океана, существовавшего 4,5 миллиарда лет назад.

Богатые хлором пары, выделявшиеся во время извержений (или испарения, вызванного ударами), сыграли ключевую роль в преобразовании видимой стороны Луны. Между тем кора обратной стороны, невидимая для нас, избежала этих вулканических процессов, связанных с парами, и сохранила более первозданную информацию о Луне, включая данные о магматическом океане, сформировавшемся сразу после её рождения. Это открытие подчёркивает научную ценность недавних лунных миссий, специально сосредоточенных на изучении обратной стороны Луны.

Дополнительная информация: Цзецзюнь Цзин и др., Доказательства содержания галогенов для формирования и метасоматизма первичной лунной коры, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-60849-4

Источник: Университет Эхимэ