Немного воды в море лунного базальта

Столкновение прото-Земли с астероидом размером с Марс. Изображение с сайта http://starchild.gsfc.nasa.gov/
Столкновение прото-Земли с астероидом размером с Марс. Изображение с сайта http://starchild.gsfc.nasa.gov/

Господствующей моделью образования Луны является столкновение прото-Земли с крупным астероидом размером с Марс. В результате столкновения произошло практически полное переплавление силикатной оболочки нашей пра-планеты. Существенная часть расплавленного вещества оказалась выброшена на орбиту, где она собралась воедино в спутник-Луну. При этом летучие компоненты — и в первую очередь водород — должны были улетучиться. После аккреции Луна претерпела стадию интенсивного вулканизма, который сформировал хорошо известные лунные моря. В этом существенное отличие между Землей и Луной. На Земле плещутся океаны воды, а на Луне существуют только моря сухой, застывшей базальтовой лавы. Но такая ли она сухая?

На этот вопрос был дан ответ в июльском выпуске журнала Nature [1] при помощи нано-ионного зонда с масс-спектрометром вторичных ионов (nanoSIMS 50L, secondary ion mass spectrometer, www.cameca.fr/html/product_nanosims.html). Принцип действия такого ионного зонда заключается в том, что образец бомбардируется сгенерированным пучком ионов кислорода или цезия. При этом с поверхности образца выбиваются атомы, которые вторично ионизируются и посредством электромагнитного поля направляются в масс-спектрометр. Масс-спектрометрический анализ в свою очередь позволяет оценить концентрации «выбитых» элементов и их изотопный состав. Обычный ионный зонд имеет пространственное разрешение в микроны. Нано-ионный зонд (nanoSIMS 50L), как видно из названия, имеет пространственное разрешение 50 нанометров — за счет особой геометрии первичного и вторичного пучка ионов. По этой причине этот прибор широко применяется в космохимии, где требуется изучение малых объектов с высокой точностью.

Проблема изучения летучих элементов в лунных стеклах заключается в том, что такие элементы могут быть импрегнированы в стекла поздними процессами, при импактах, солнечным ветром и т. п. В частности, традиционные методы «макроанализа» не позволяют ответить, например, на вопрос, не является ли вода продуктом имплантации протонов солнечного ветра («макро» заключено в кавычки, поскольку сами стекла имеют размер порядка ста микрон).

Итак, в работе [1] в стеклах лунных базальтов были определены концентрации H2O в интервале 4−46 мкг/г, F — 4−40 мкг/г, S — 115−576 мкг/г и Cl — 0,06−2 мкг/г. При этом концентрации уменьшаются от центра стекловатых участков к краю, что указывает на потери летучих. Моделирование дегазации при извержении базальтов показало, что потери серы составили 19%, фтора — 45%, хлора — 57%, воды — 98%. Последнее дает оценку в 745 мкг/г водного флюида в лунной базальтовой магме. Это значение существенно меньше, чем в «мокрой» магме островных дуг на Земле (~2−3 мас.% воды [2]), но сопоставимо с наиболее «сухой» магмой некоторых подводных срединно-океанических хребтов (370−1220 мкг/г [3]).

[1] Saal A.E., Hauri E.H., Lo Cascio M., Van Orman J.A., Rutherford M.C., Cooper R.F., 2008. Volatile content of lunar volcanic glasses and the presence of water in the Moon's interior. Nature, v. 454, p. 192−196.

[2] Portnyagin M., Hoernle K., Plechov P., Mironov N., Khubunaya S., 2007. Constraints on mantle melting and composition and nature of slab components in volcanic arcs from volatile (H2O, S, Cl, F) and trace elements in melt inclusions from the Kamchatka arc. Earth Planet. Sci. Lett., v. 255, p. 53−69.

[3] Saal A.E., Hauri E.H., Langmuir C.H., Perfit M.R., 2002. Vapour undersatura-tion in primitive mid-ocean-ridge basalt and the volatile content of Earth's upper mantle. Nature, v. 419, p. 451−455.

Алексей Иванов

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

avatar
  Подписаться  
Уведомление о
Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (Пока оценок нет)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: