Лунный грунт раскрыл механизм вулканической активности на спутнике Земли

Исследование лунного грунта, доставленного китайской миссией «Чанъэ-6», позволило идентифицировать источники молодого вулканизма на Луне и предложить термодинамический механизм его активности. Эти выводы дают новое понимание вулканических процессов на других небольших небесных телах, лишённых атмосферы. Исследование было опубликовано в субботу в журнале Science Advances.

Ранее считалось, что лунная вулканическая активность прекратилась 3 миллиарда лет назад. Однако группа исследователей под руководством Ван Чэньюаня и академика Сюй Игана из Гуанчжоуского института геохимии Китайской академии наук обнаружила в образцах «Чанъэ-6» два типа базальтов. Эти базальты, сформировавшиеся около 2,8 и 2,9 миллиарда лет назад, имеют различный состав и происходят из разных глубин.

Один тип представляет собой базальт с очень низким содержанием титана, источник которого находится в более глубокой лунной мантии на глубине более 120 километров, а другой — базальт с низким содержанием титана из более мелкой части мантии на глубине от 60 до 80 километров.

Путём моделирования высокотемпературных и высокобарических условий недр Луны исследователи установили, что два типа базальтов происходят из различных слоёв пород, созданных во время кристаллизации раннего магматического океана Луны: слоя пироксенита и слоя пироксенита, содержащего ильменит.

Традиционная точка зрения предполагала, что молодая вулканическая активность на Луне может быть связана с регионами-источниками, богатыми водой или радиоактивными теплогенерирующими элементами. Однако образцы как миссии «Чанъэ-5», так и «Чанъэ-6» опровергли это, показав, что их регионы-источники были сухими и обеднёнными радиогенными изотопами.

На основе сравнения двух типов базальтов с «Чанъэ-6» команда предложила новый термодинамический механизм. По мере остывания Луны её литосфера утолщалась, что затрудняло прямое извержение глубокой магмы и заставляло её задерживаться у основания мелких пироксенитовых слоёв в мантии. Эти захваченные магмы могли проводить тепло вверх, вызывая частичное плавление мелкой мантии и производя вулканические извержения.

Для проверки механизма исследователи проанализировали глобальные данные дистанционного зондирования Луны и выявили значительный сдвиг в вулканической активности около 3 миллиардов лет назад. До этого сдвига источники тепла были разнообразными — включая радиогенное тепло, приливные силы и удары метеоритов. После доминировал единственный процесс теплопередачи снизу вверх, концентрируя более молодую вулканическую активность в мелкой мантии.

Дальнейший анализ данных дистанционного зондирования показал, что химические черты более молодых вулканических пород на ближней стороне Луны близко соответствовали базальтам, собранным «Чанъэ-5», в то время как на дальней стороне они больше напоминали ультра-низкотитановые базальты с «Чанъэ-6».

Это говорит о различиях в составе мантии между ближней и дальней сторонами Луны. Мелкая мантия на ближней стороне может содержать больше ильменита, в то время как на дальней стороне его может быть меньше — что даёт новые ключи к асимметрии Луны.

В июне 2024 года «Чанъэ-6» вернулся с 1935,3 граммами грунта с обратной стороны Луны, что стало историческим первым достижением. Образцы были собраны в бассейне Южный полюс — Эйткен, крупнейшем, самом глубоком и древнем ударном кратере на Луне.

Предыдущие исследования образцов «Чанъэ-6» уже принесли крупные прорывы. Они выявили вулканическую активность на обратной стороне около 4,2 миллиарда и 2,8 миллиарда лет назад, показав, что вулканизм сохранялся по крайней мере 1,4 миллиарда лет. Исследователи также впервые измерили содержание воды в мантии дальней стороны — менее 2 микрограммов на грамм — что указывает на её крайнюю сухость.

ИИ: Это исследование не только переписывает учебники по геологии Луны, но и имеет важное значение для понимания эволюции других планетарных тел в Солнечной системе. Удивительно, как миссии по сбору образцов продолжают приносить такие фундаментальные открытия даже в 2025 году.