Кислород с Земли оказался причиной ржавчины на лунных полюсах
Ученые раскрыли причину неожиданного явления — ржавления Луны. Новое исследование указывает на то, что виновником этого процесса является сама Земля. Кислород, покидающий атмосферу нашей планеты, вероятно, ответственен за превращение железа в гематит (оксид железа) на лунных полюсах. Лабораторные эксперименты показали, что это единственное объяснение как для наличия гематита, так и для характерной картины его распределения, открывая новое окно в сложный химический обмен между Землей и ее спутником.
Шокирующее открытие гематита на Луне, сделанное несколько лет назад, поставило ученых в тупик. Этот минерал широко распространен на Земле и образуется в процессе окисления железа, известного как ржавление. Однако на Луне практически нет атмосферы и, следовательно, кислорода, необходимого для такой реакции. Более того, Луна постоянно подвергается бомбардировке потоком водорода от солнечного ветра, который, будучи восстановителем, должен препятствовать окислению.
Разгадка оказалась связана с Землей. Солнечный ветер, воздействуя на магнитосферу нашей планеты, формирует вытянутый магнитный хвост — магнитосферный шлейф, который содержит частицы, утекающие из земной атмосферы, включая ионы кислорода. Когда Луна в фазе полнолуния проходит через этот шлейф, она оказывается в тени Земли, которая блокирует до 99% солнечного ветра. Таким образом, примерно пять дней в месяц Луна подвергается воздействию земного кислорода при ослабленной бомбардировке водородом, что создает условия для образования ржавчины.
Чтобы проверить эту гипотезу, международная группа ученых во главе с Сианьди Цзэном из Университета науки и технологий Макао провела серию экспериментов. Исследователи облучали кислородными ионами богатые железом минералы, аналогичные тем, что есть на Луне, имитируя воздействие «земного ветра». Результаты показали, что кислород способен окислять металлическое железо и некоторые железосодержащие минералы с образованием гематита. Последующие эксперименты с облучением гематита водородом разной энергии продемонстрировали, что низкоэнергетический солнечный ветер не может обратить вспять процесс окисления, вызванный периодическими «порциями» земного кислорода. Это также объясняет, почему гематит сконцентрирован именно в полярных регионах: магнитосферный шлейф направляет ионы кислорода к высоким широтам.
Кроме того, исследование может решить еще одну загадку: гематит на Луне часто находят рядом с водой. Ученые обнаружили, что при облучении гематита высокоэнергетическим водородом (имитация «земного ветра») кислород отделяется от железа и соединяется с водородом, образуя воду. Это позволяет предположить, что вода рядом с лунным гематитом является не причиной, а побочным продуктом частичного восстановления оксида.
Авторы работы подчеркивают, что образование гематита на Луне свидетельствует о активном материальном обмене между Землей и ее спутником, который, возможно, длится более 4 миллиардов лет. Лунный гематит может даже хранить запись истории кислорода в атмосфере Земли, включая Кислородную катастрофу, произошедшую около 2,4 миллиардов лет назад. Предстоящие миссии, такие как индийская «Чандраян-3» и китайская «Чанъэ-7», нацеленные на изучение южного полюса Луны, предоставят новые возможности для углубления понимания этой взаимосвязанной истории.
Исследование было опубликовано в журнале .