Новый анализ образцов "Чанъэ-5": последняя вулканическая активность Луны все еще неизвестна
Анализ образцов базальтовых пород, доставленных на Землю в декабре прошлого года китайской миссией, позволяет определить их химический и минералогический состав и возраст. Пара модулей Посадочный модуль / Подъемник Чанъэ-5 приземлилась на поверхность Луны 1 декабря 2020 года в Океан Бурь, в северном полушарии видимой стороны. Океан Бурь, занимающий площадь в четыре миллиона квадратных километров, является самой большой равниной на Луне, рядом с которой находится множество гор и вулканов.
Почему Океан Бурь?
Спутниковые данные позволили предположить наличие базальтовых пород в регионе, где расположено это огромное пространство. Базальт - это серо-черная эффузивная горная порода. Проще говоря, это застывшая лава и, следовательно, свидетельство вулканической деятельности.
Как показывает анализ этих образцов, только что опубликованный Китаем, базальтовые извержения на Луне происходили в регионах, богатых радиоактивными элементами, такими как калий, торий и уран. Возможное объяснение можно найти в свойствах этих элементов. Они способны вырабатывать тепло и перемешивать магму в нижних слоях земной коры. Однако точные механизмы в настоящее время неизвестны, и неясно, действительно ли эти элементы ответственны за плавление магмы на глубине.
Поэтому основной вклад этого исследования заключается не столько в датировке последнего вулканического извержения на Луне. На самом деле, определить точную дату последней геологической активности на нашем спутнике невозможно, поскольку мы недостаточно знаем о связи между наличием радиоактивных элементов и процессами, происходящими под земной корой. Вместо этого центральным моментом работы по анализу этих образцов было установление новых пределов возраста Луны. Меньшая ошибка и более точная оценка этой величины позволяют говорить о ценном направлении в изучении формирования нашей Солнечной системы.
Как рассчитать возраст поверхности планеты?
В целом, мы знаем, что существует связь между количеством ударных кратеров на поверхности и ее относительным возрастом. Это справедливо для геологически спящих регионов, где отсутствие вулканической активности предотвратило обновление поверхности, оставив кратеры лежать нетронутыми до конца вечности, а к старым кратерам добавились новые. Как и следовало ожидать, на более старых поверхностях расположено больше кратеров.
Луна - единственное планетарное тело, для которого возраст ударных кратеров был определен радиометрическим методом, поэтому лунная хронология используется для определения возраста других планетарных поверхностей в Солнечной системе. Например, климатическая эволюция Марса напрямую связана с хронологией лунных кратеров. Однако лунная хронология весьма неопределенна для возрастов менее 3 миллиардов лет. Целью Сяочао Че, ведущего автора исследования, и его коллег было определить возраст базальтового образца Em4/P58, принадлежащего месту посадки. Он имеет широкий диапазон ожидаемого возраста, основанный на данных об ударных кратерах, — от 1,2 до 3,2 миллиарда лет.
Для этого команда Че проанализировала соотношение изотопов свинца (207Pb/206Pb против 204Pb/206Pb) двух фрагментов, проанализированных в 50 выбранных местах, соответствующих участкам диаметром около 7 мкм.
Конечно, определение возраста лунных базальтов требует знания их первоначального состава свинца. Свинец встречается в виде смеси четырех стабильных изотопов: 204Pb, 206Pb, 207Pb и 208Pb. 206Pb, 207Pb и 208Pb являются радиогенными, т.е. представляют собой конечный продукт трех цепочек радиоактивного распада, начинающихся с 238U, 235U и 232Th соответственно.
Исследователи использовали метод изохрон, получив таким образом, как возраст, так и исходный изотопный состав Pb. Эта модель, достоверность которой уже была доказана ранее, учитывает даже повсеместное присутствие земного загрязнения на лунном грунте. Индивидуальные изохронные возрасты, полученные для двух фрагментов, составляют 1893 ± 280 млн. лет и 1966 ± 59 млн. лет. Объединение всех данных для двух фрагментов, которые согласуются в пределах неопределенностей, дает возраст 1963 ± 57 миллионов лет.
Геологическая активность и лунный вулканизм остаются загадкой
Как мы уже говорили ранее, геофизические и геохимические процессы, связывающие лунные базальты и высокие концентрации радиоактивных элементов, неясны. Одна из возможностей состоит в том, что высокая радиоактивность в мантии Луны привела к длительным тепловым аномалиям, которые увеличили синтез и породили молодые лунные базальты. Эта гипотеза предсказывает, что молодые базальты содержат высокие уровни радиоактивных элементов, но результаты этого исследования показывают, что это не так. Поэтому дата последней вулканической активности на Луне по-прежнему неизвестна.