Hay dos fuentes de muestras de rocas lunares, una se recolecta de la superficie lunar y la otra son meteoritos lunares que caen sobre la superficie terrestre.
Desde el 20 de julio de 1969, cuando la primera nave espacial tripulada de Estados Unidos aterrizó con éxito en el Mar de la Tranquilidad de la Luna, hasta junio de 1972, * * * hubo 6 misiones Apolo de aterrizaje lunar, trayendo de vuelta 381,7 kilogramos de rocas y muestras de suelo. Las tres misiones de alunizaje no tripuladas de la antigua Unión Soviética trajeron 326 gramos de muestras de suelo de roca lunar. Los lugares y horarios históricos de aterrizaje se muestran en la Tabla 28-1 y la Tabla 28-2.
Desde el siglo XX, países como China y la India han formulado sus propios planes para el alunizaje y el retorno de muestras. Estados Unidos está implementando un nuevo plan de retorno a la luna y también se está implementando el plan de exploración lunar de Japón. Por lo tanto, en un futuro próximo, los humanos podrán obtener una gran cantidad de muestras lunares y datos de detección.
Tabla 28-1 Tabla de actividades del aterrizaje lunar del Apolo
Tabla 28-2 Tabla de actividades de recolección de muestras de rocas lunares de la antigua Unión Soviética
Otra fuente importante de rocas lunares es un meteorito lunar. Cuando un pequeño cuerpo celeste golpea la superficie lunar, la enorme energía del impacto hace que las rocas y el suelo de la superficie lunar se vaporicen y se derritan, envolviendo algunos fragmentos de roca y brechas y salpicando hacia afuera, formando un cráter de impacto del tamaño correspondiente. El material fundido en estas salpicaduras se enfrió rápidamente para formar vidrio, que rápidamente se cementó para formar varios fragmentos y brechas. Cuando la velocidad del material pulverizado es mayor que la velocidad de escape de la luna, puede escapar del campo gravitacional de la luna y entrar en el espacio interestelar. Después de correr en el espacio interestelar durante un período de tiempo, fue capturado por la Tierra y aterrizó en la superficie, convirtiéndose en un meteorito lunar.
Hasta el momento se han recuperado más de 160 meteoritos lunares y se han encontrado alrededor de 77 pares de meteoritos lunares en los desiertos y en la Antártida. Según la petrología y la composición química, hay tres tipos de meteoritos lunares en los extremos: (1) alto Al2O3 (26 ~ 31), bajo FeO (3 ~ 6), bajo elementos incompatibles (Th < 1 μ g/g). plagioclasa. (2) Basalto y basalto brechado con alto FeO (18 ~ 22), Al2O3 medio y bajo (8 ~ 10) y elementos incompatibles (Th: 0,4 ~ 2,1 μ g/g); (3) Roca brecha fundida por impacto (Al2O3: 16, FeO: 11), el contenido de elementos incompatibles es muy elevado (Th33μg/g). Esta roca se llama roca KREEP debido a su similitud con la roca KREEP en las muestras de Apolo (Korotev, 2005). Además, algunos meteoritos son brechas compuestas de composición neutra porque contienen tanto plagioclasa como basalto. Aunque los meteoritos lunares varían mucho en su rango de composición, varios parámetros de composición se suman para distinguirlos de los materiales terrestres.
Como tipo de miembro final, el número de meteoritos lunares (3) mencionados anteriormente es muy pequeño (sólo Sayh al Uhaymir 169). La mayoría de los meteoritos lunares descubiertos hasta ahora no contienen K, REE elevado. , P, th, etc. Fragmentos de roca de elementos compatibles (los llamados KREEP). Esto contrasta marcadamente con las muestras traídas de la luna por las naves espaciales Apollo y Lunar de la ex Unión Soviética, la mayoría de las cuales contenían cantidades variables de rocas ricas en KREEP. La razón de este fenómeno es realmente muy simple. Dado que estos meteoritos lunares son muestras aleatorias expulsadas de lugares desconocidos de la Luna debido a impactos de meteoritos, las muestras traídas de la Luna por la nave espacial estadounidense Apolo y la nave espacial lunar de la ex Unión Soviética son muy limitadas en la parte frontal de la Luna. se obtuvo en un área (que ocupa solo el 5% de la superficie lunar), y esta área de muestreo está ubicada en o cerca de la tormenta Procellarum KREEP Terrane (PKT) con anomalías geoquímicas en el lado cercano de la luna (Jolliff et al., por lo que los meteoritos lunares son relativamente representativos de la luna). Las muestras pueden proporcionar la composición mineral y la composición química promedio de la corteza lunar.
La clasificación de los meteoritos lunares se basa en su mineralogía, estructura, petrología y química. composición Estos diferentes esquemas de clasificación a veces pueden resultar confusos. Por ejemplo, los geoquímicos los clasifican como feldespato o aluminita, mientras que los científicos del petróleo se refieren a ellos como plagioclasa o brecha de meteorización.
(2) Tipos y características de las rocas lunares
Existen tres unidades rock-tectónicas básicas que componen la superficie lunar, a saber, la zona de mare basalto, que está compuesta principalmente por yegua Composición de roca basáltica y crepé. Las rocas de las tierras altas se componen principalmente de conjuntos de rocas ricas en plagioclasa y magnesia; el área de la cuenca Antártica-Aiken está compuesta de conjuntos de rocas ricas en basalto y magnesia. En términos generales, las rocas lunares se pueden dividir en cuatro categorías: basalto, brecha, rocas primitivas de las tierras altas (plagioclasa) y regolito (regolito lunar) (Figura 28-2).
Figura 28-2 Cuatro muestras típicas de rocas lunares
1. Basalto
La mayor parte del basalto de la Luna se distribuye en la yegua frontal y una pequeña parte. También está presente cantidad de basalto distribuido en grandes cráteres de impacto en la espalda.
Las marías de la Luna son generalmente de 1 a 4 km más bajas que las tierras altas circundantes y en su mayoría tienen forma de anillo. Está compuesto principalmente de material volcánico, pero los volcanes de la Luna son casi todos planos, con una pendiente de 1: 500 ~ 1: 2000. Esto está relacionado con la baja viscosidad y la alta fluidez del basalto lunar. Las apariciones de basalto de Guangdong incluyen flujos de lava, conos de ceniza volcánica, cúpulas volcánicas, crestas volcánicas, túneles volcánicos, etc. El alcance de las coladas de lava también es considerable, con una superficie máxima de 2×105km2, equivalente a la superficie de basalto de la meseta de Columbia en Estados Unidos, pero su espesor es de sólo una docena a decenas de metros, con el más grueso alcanza los 1000 m. El tamaño del cono de ceniza es más pequeño que el de la Tierra, y la velocidad de expulsión de la escoria es equivalente a 1/3 a 1/10 de la velocidad de expulsión de la Tierra, lo que indica que el basalto lunar contiene sustancias poco volátiles. La microestructura de un basalto lunar típico se muestra en la Figura 28-3.
Figura 28: basalto de marzo (ancho del campo de visión 8 mm)
La edad más temprana del basalto del Mar de Guangdong existente es 4,2 Ga, y la edad más tardía es de aproximadamente 2,0 Ga, ambas de los cuales son posteriores a la edad de las rocas ígneas de las tierras altas. La mayoría de la gente cree que los basaltos marianos son producto del derretimiento parcial del interior de la luna (manto lunar), parte del cual está estrechamente relacionado con eventos de derretimiento por impacto. El contenido de titanio en los basaltos lunares varía ampliamente. Según el contenido de Ti, se puede dividir en basalto con alto contenido de titanio (TiO 2 > 6), basalto con bajo contenido de titanio (TiO 2 1 ~ 6) y basalto con bajo contenido de titanio (TiO 2 < 1). Se sabe que el TiO2 de roca entera es relativamente bajo en los meteoritos lunares en comparación con las muestras de basalto del Apolo María. Hasta ahora, no se han encontrado componentes de basalto con alto contenido de titanio en meteoritos lunares, y componentes de basalto con bajo contenido de titanio solo se han encontrado en meteoritos de basalto lunares. Se han informado composiciones basálticas de titanio ultrabajas en meteoritos basálticos lunares y meteoritos lunares de brecha mixta. En comparación con el basalto terrestre, tiene las siguientes características:
(1) El contenido de FeO es significativamente mayor que el del basalto terrestre. El rango de Mg/(Mg Fe) del basalto terrestre es de 0,45 a 0,75, mientras que el del basalto lunar es de 0,35 a 0,65. El olivino y el piroxeno correspondientes en el basalto lunar son especies ricas en hierro, como Fo75~Fo80 en el olivino, y la mayor parte del olivino es fayalita. La inversión de la composición del magma muestra que el Mg/(Mg Fe) del área de la fuente de basalto de la Tierra es 0,91, mientras que el Mg/(Mg Fe) del área de la fuente de basalto lunar es de 0,80 a 0,82. Se propone que el manto lunar es más rico en hierro que el manto terrestre, lo que puede estar relacionado con el hecho de que la luna no se ha diferenciado en un núcleo rico en hierro.
(2) Los contenidos de K2O y Na2O son significativamente menores que los del basalto terrestre. La abundancia de K es similar a la del basalto toleítico oceánico con bajo contenido de K de la Tierra, aproximadamente 0,36, y el Na es sólo 1/5 del basalto de la Tierra. En consecuencia, la plagioclasa en el basalto lunar es un tipo rico en calcio, dominado por anortita, con una pequeña cantidad de ploidía y básicamente sin feldespato potásico. Debido a que el K y el Na están distribuidos uniformemente en la lava, la baja abundancia de K y Na se debe a la falta de estos dos elementos en la región de origen, no a que sean volátiles.
(3) El basalto lunar se formó en un ambiente reductor, con Fe y FeS naturales comúnmente presentes y carentes de Fe3 (solo 1). 90 Cr aparece como Cr2, 70 Eu es Eu2, 4 Ti es Ti3 y todo Ce es Ce3. No hay evidencia de Ce4. El basalto lunar contiene pequeñas cantidades de gas monóxido de carbono. El FeO en el magma reacciona con el C para generar CO y Fe natural.
Esta reacción se produce cuando el magma asciende a la superficie, a una profundidad de unos 3 kilómetros.
(El contenido de TiO_2 varía mucho y a menudo se utiliza como base para una mayor clasificación del basalto lunar. En el basalto con alto contenido de titanio, la ilmenita es un mineral accesorio común.
( 5) Además del basalto, los productos volcánicos lunares también incluyen esferas de vidrio volcánico, que están ampliamente distribuidas en el suelo lunar. La edad de las esferas de vidrio volcánico distribuidas cerca de los cráteres es similar a la del basalto maría, lo que demuestra aún más que lo es. estrechamente relacionado con el vulcanismo lunar y excluye la posibilidad de que esté relacionado con la corteza lunar montañosa.
El diámetro de las esferas de vidrio es en su mayoría entre 0,1 y 0,3 mm, con varios colores. contienen mayor Ti (el contenido de TiO2 es 9,3) y sus características de composición son similares a las del Apolo. El basalto de Luo 11 es similar al vidrio naranja entre ellos, pero es ligeramente rico en elementos volátiles como Mg, Zn, Cl, Cu, Pb, etc. Hay gotas en forma de salpicaduras adheridas a la superficie de la esfera, y la composición es consistente con la esfera de vidrio principal, que puede ser material salpicado de baja velocidad. Las bolas de vidrio rojas y amarillas cerca del Apolo 15. son similares a los orígenes mencionados anteriormente.
(6) Dado que no hay agua ni oxígeno en la superficie de la luna, las rocas no están erosionadas ni alteradas, y las rocas son minerales frescos y no volcánicos. Por ejemplo, la estructura de los basaltos lunares mantiene la estructura característica de la cristalización del magma, similar a la de los basaltos terrestres no meteorizados.
Figura 28-4 Basaltos lunares, KREEP y plagioclasa típica normalizada por condritas. de elementos de tierras raras en la piedra.
2. Kryptonita
Se trata de una roca lunar muy especial que contiene altos contenidos de elementos Th, U, K, REE y P. (Fig. 28-4), y por lo tanto se llaman rocas "KREEP" porque muchas de las impactitas de brecha complejas en Apolo son ricas en Th y REE y tienden a ser ricas en todos los elementos incompatibles. Los elementos de la corteza lunar provienen de una cámara de magma con la misma estructura, muy probablemente el remanente de un océano de magma, llamado urKREEP. Aunque urKREEP es como KREEP, es una sustancia imaginaria que no mantendrá su forma original porque una vez formada, sufrirá reacciones de asimilación de magma rico en magnesio (Warren, 1998; Papik et al., 1996).
Las rocas KREEP son en su mayoría brechas o basaltos. El material intersticial, en forma de vidrio intersticial, tiene un máximo rango de tamaño de partícula de solo 150 μm. Este componente altamente evolucionado puede ser el producto final de la separación por cristalización del magma, o puede formarse por fusión y cristalización parcial de bajo nivel bajo el impacto de un meteorito. Más tarde, en granito, basalto con alto contenido de Al y K. y también se encontraron plagioclasa y olivino KREEP de alta abundancia en las muestras de rocas del Apolo 14, lo que confirma aún más la existencia de derretimiento residual con un alto grado de evolución (diferenciación) en las rocas lunares. Parte de la roca es producto de la asimilación y contaminación de. el magma original.
En comparación con las muestras de suelo lunar y de Apolo, la mayoría de los meteoritos lunares (brechas de suelo lunar de las tierras altas) carecen claramente de KREEP. La distribución global de los resultados de detección de k muestra que las áreas de recolección de muestras de Apolo y Luna suceden. ser áreas de enriquecimiento de KREEP (Lawrence et al., 2002).
3. Highland Rock
La mayoría de las muestras cercanas a la superficie de las tierras altas lunares provienen de impactos en las antiguas tierras altas lunares. Sin embargo, pocas rocas de las tierras altas no se modifican por completo por los procesos de impacto. Las rocas de las tierras altas están compuestas principalmente de plagioclasa, rocas ricas en magnesia y brechas de impacto.
4. Plagioclasa
La plagioclasa es el componente principal de la corteza lunar en las tierras altas lunares y se distribuye más ampliamente en la cara oculta de la Luna. La plagioclasa compuesta de plagioclasa es anortita rica en calcio (AN95 ~ 97) y una pequeña cantidad de piroxeno bajo en calcio, lo que indica que el magma original es de gran escala y tiene una composición uniforme. La plagioclasa es el tipo de roca más importante que formó la corteza lunar original. La edad isócrona Rb-Sr de la plagioclasa es 4,13 ~ 4,25 Ga, y el valor inicial de 87Sr/86Sr es 0,699.
La serie de las plagioclasas tiene una composición única pero no del todo homogénea. James et al. (1989) propusieron una clasificación adicional basada en el valor de Mg de los silicatos alcalinos y el contenido de álcali de la plagioclasa.
La figura 28-5 muestra la estructura típica y las características de composición de la plagioclasa.
Figura 28-5 Rocas originales de las tierras altas (8 mm de ancho) (según la Universidad de Washington)
5 MG Suite
Estas rocas incluyen sienita y olivo. Piedra, dunita, espinela olivina y gabro plagioclasa, que forman un conjunto plutónico rico en magnesio, posiblemente rocas de acumulación. Las rocas de acumulación con mayor Mg incluyen algunas rocas ultrabásicas, pero sólo la dunita 72415 (Dymek et al., 1975) tiene una masa superior a 1 g, y las demás son generalmente muestras de peridotita no representativas. El piroxeno con alto contenido de calcio se formó en una etapa posterior de la secuencia de cristalización rica en magma. La gabroplagioclasa es relativamente rara y tiende a tener menos Mg y más Na/(Na Ca) que la sienita. Algunos de los tipos iniciales de rocas lunares más evolucionados, como las suites alcalinas y los granitos menores, son extremadamente diferentes de las suites ricas en magnesia y/o KREEP. Algunas muestras de granito recolectadas muestran una inmiscibilidad líquida de silicato a escala milimétrica muy clara (Warren et al., 1987; Jolliff et al., 1999)
6. Brecha lunar
La brecha lunar es una. Tipo especial de roca entre las rocas lunares. Según los resultados del análisis de las rocas de la corteza lunar recolectadas por la nave espacial Apolo, más del 60% de las rocas son brechas formadas por la fractura por impacto y la fusión parcial de varias rocas de las tierras altas. Según las características estructurales de la brecha, la brecha se puede dividir en los siguientes tipos. La brecha de un solo componente consiste en brechas de roca rota producidas in situ o brechas recristalizadas por fusión. La brecha de dos componentes se compone de brecha de roca triturada producida in situ o brecha recristalizada que se derritió por impacto y brecha con vetas delgadas (llamada así por la brecha de dos componentes). La brecha policomponente está compuesta por clastos, brecha de regolito lunar y vidrio de choque.
Estas brechas son muy heterogéneas en tipo de roca, mineralogía y composición química. Debido a que varios tipos de rocas se rompen por impacto y parcialmente se funden y unen, el vidrio y el cemento en brechas y brechas tienen las características de múltiples orígenes. La Figura 28-6 muestra las características macroscópicas típicas de la brecha lunar. Las Figuras 28-7 ~ 28-10 son fotografías de la microestructura de la brecha. Consulte la ilustración para obtener instrucciones detalladas.
Figura 28-6 Meteorito lunar SAU 169
Figura 28-7 Brecha de impacto (ancho del campo de visión 4 mm)
Figura 28-8 Ángulo del suelo lunar Conglomerado (campo de visión ancho 8 mm)
7. Edad de las rocas lunares y regolito
Las rocas lunares más antiguas son raras peridotitas y olivinas, que representan la etapa inicial de la luna. Edad de la roca que se solidifica primero después de derretirse. La edad de la plagioclasa en las tierras altas lunares es de 465,438 mil millones de años a 4,4 mil millones de años, lo que representa la edad de la corteza lunar de plagioclasa. La edad de la brecha ígnea granítica posterior es de 4 mil millones a 465,438 mil millones de años. El basalto es la roca lunar más joven. Las Tierras Altas de Flamorro tienen entre 3,87 mil millones y 3,96 mil millones de años, y María tiene entre 3,2 mil millones y 3,8 mil millones de años. Son productos del magma en diferentes etapas de la luna: (1) Tranquility Basalt 3,5. mil millones a 3,9 mil millones de años (3,74 mil millones a 3,93 mil millones de años para el basalto con bajo contenido de potasio y 3,23 mil millones para el basalto con alto contenido de potasio). (2) La edad de los fragmentos de basalto y las muestras de vidrio en el Cañón Chenghai Jinniu-Littero es de 376.543,8 mil millones a 3,79 mil millones de años, lo que equivale a la del basalto Jinghai (3) el basalto Yuhai tiene entre 3,3 mil millones y 3,45 mil millones de años (4; ) Basalto Fengfuhai de 3,42 mil millones a 3,45 mil millones de años, equivalente al basalto Yuhai (5) La edad del basalto Procellarum es de 3,2 mil millones a 3,3 mil millones de años;
Figura 28-9 Brecha de regolito lunar (campo de visión de 4 mm de ancho) (según la Universidad de Washington)
Figura 28-10 Brecha de regolito lunar (campo de visión de 4 mm de ancho) ) (según la Universidad de Washington)
La edad del suelo lunar es de 4,3 mil millones a 4,6 mil millones de años, que es producto de la destrucción de la roca de la corteza lunar. La edad del suelo lunar refleja aproximadamente. la edad de formación de la corteza lunar. La Figura 28-11 muestra partículas de diferentes composiciones en el suelo lunar.
Figura 28-11 Suelo lunar (campo de visión de 4 mm de ancho) (según la Universidad de Washington)
(3) La importancia del estudio de los meteoritos lunares
Actualmente, los seres humanos comprenden y existen tres formas principales de estudiar la composición de la superficie lunar: muestras de rocas lunares traídas de la luna por Apolo y Luna, datos de teledetección obtenidos por orbitadores lunares y meteoritos lunares. Cada uno de ellos tiene pros y contras. Se conocen la ubicación del muestreo y la orientación geográfica de las muestras de rocas lunares, y el trasfondo geológico también es claro. Sin embargo, estas muestras se tomaron de un área de unos 5 metros en la luna, es decir, cerca del ecuador en el frente. de la luna y cerca del área de anomalía geoquímica (Ocean Procellarum), por lo que sólo es difícil resolver los problemas globales de la luna con estas muestras. Los datos de teledetección son globales, pero la resolución es generalmente pobre y no se pueden obtener datos de composición precisos. La fuente específica, la ubicación y la orientación geográfica de los meteoritos lunares generalmente no son fáciles de conocer, por lo que el fondo geológico es borroso, pero son completamente aleatorios. muestras con una amplia gama de representatividad (anverso y reverso de la luna; ecuador, polos) pueden proporcionar la composición mineral y la composición química promedio de la corteza lunar. Por lo tanto, los meteoritos lunares se han convertido en un importante objeto de investigación para que la gente comprenda y estudie la luna.
El estudio de los meteoritos lunares conduce a una comprensión exhaustiva de la composición material de la corteza lunar. Además, a través del estudio de la petrología, mineralogía y geoquímica de los meteoritos lunares, se pueden determinar las características de formación y evolución de la Luna (Wiechert et al., 2001), los primeros impactos lunares (Cohen et al., 2000) y los isótopos de oxígeno del sistema solar. También se puede obtener Composición (Ireland et al., 2000) y mucha otra información. Además, la composición química, la mineralogía y las características petrológicas de los meteoritos lunares también se pueden utilizar como puntos de referencia estándar terrestres para la detección por teledetección por parte de los orbitadores lunares. El satélite de exploración lunar Chang'e-1 de mi país está explorando actualmente la luna. Por lo tanto, el estudio de los meteoritos lunares no solo tiene una importancia científica importante, sino también una importancia práctica especial.