МОСКВА, 10 авг — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Ученые установили, что тепловое пятно на обратной стороне Луны связано с массивом горячих гранитов — пород, образующихся только в земных условиях. И это не единственная загадка лунных вулканов, которые считались давно потухшими.
Вулканические моря
Средневековые астрономы думали, что крупные темные пятна на поверхности Луны — моря, наполненные водой. Позднее выяснилось, что это вулканические поля — плоские равнины, покрытые затвердевшей базальтовой лавой. Советские и американские миссии в 1960-1970-х собрали и доставили на Землю довольно много образцов вулканических пород. Все они оказались древними — возрастом более трех миллиардов лет. Сейчас установлено, что Луна образовалась 4,5-4,4 миллиарда лет назад.
Основываясь на этих данных, ученые предположили, что в течение нескольких сотен миллионов лет после возникновения нашего спутника на нем существовал океан расплавленных пород. По мере того как расплав остывал, из него поэтапно осаждались все менее плотные и тугоплавкие минералы. Так формировались внутренние оболочки Луны. Параллельно на поверхности остывающего магматического океана образовывалась лунная кора.
Эпоха активного вулканизма, когда появилось большинство лунных морей, по мнению ученых, приходится на период между 3,8 и тремя миллиардами лет назад. В это время жидкий расплав сохранялся лишь в виде тонкого слоя, запечатанного между твердой сердцевиной и застывшей внешней корой. Давление магматических газов приводило к тому, что кора трескалась, а по образовавшимся разломам на поверхность изливалась лава.
© Иллюстрация РИА Новости
Гипотеза медленного охлаждения
Теория просуществовала практически в неизменном виде почти полвека — до тех пор, пока в 2020-м автоматическая межпланетная станция "Чанъэ-5" не доставила на Землю новые образцы лунных пород. Китайская миссия впервые отобрала пробы на обратной стороне Луны.
После анализов ученые с удивлением обнаружили, что возраст базальтов окраинной части Океана Бурь, где совершил посадку аппарат, составляет около двух миллиардов лет. Это никак не укладывалось в представления о том, что Луна полностью остыла через 1-1,5 миллиарда лет после своего образования. Петрографические наблюдения подтвердили: спустя 2,5 миллиарда лет на ее поверхности продолжался активный вулканизм. В пробах нашли пирокластическое стекло, формирующееся при извержениях взрывного типа.
Объяснения этому не было. В отличие от Земли, в недрах которой и сейчас, через 4,5 миллиарда лет после образования, продолжаются тектоно-магматические процессы, Луну традиционно считали геологически мертвым телом. Внутреннее тепло, подпитывающее лунный вулканизм, должно было исчезнуть задолго до того, как произошли эти извержения.
Китайские ученые провели сравнительный анализ архивных и вновь доставленных образцов и установили, что более молодые базальты обогащены оксидом кальция и диоксидом титана по сравнению с более древними. Эксперименты показали, что эти соединения существенно снижают температуру плавления расплава.
На основе полученных данных авторы построили гипотезу медленного охлаждения, согласно которой условия для магмообразования в недрах Луны сохранялись на один миллиард лет дольше, чем считали ранее.
"Мы обнаружили, что магматические породы, собранные "Чанъэ-5", образовалась на той же глубине, что и образцы "Аполлонов", — приводятся в пресс-релизе слова первого автора исследования доктора Бин Су из Института геологии и геофизики Китайской академии наук. — Но за период с трех до двух миллиардов лет назад температуры там постепенно снизились примерно на 80 градусов".
Загадка лунных гранитов
Изучение Луны преподносит новые сюрпризы. Так, например, оказалось, что некоторые отдельно стоящие или группирующиеся в цепочки куполовидные поднятия и конусы, традиционно интерпретируемые как потухшие вулканы, частично располагаются в пределах относительно молодых полей, возраст которых, по геологическим данным, не превышает одного миллиарда лет.
А недавно американские ученые установили: несмотря на то, что сегодня на Луне нет действующих вулканов, есть вероятность, что под поверхностью сохраняются локальные очаги горячей магмы. Причем по составу это может быть не обычный для Луны базальтовый расплав, а гранитный.
Предположение о том, что на спутнике нашей планеты есть граниты, впервые возникло в 1998-м. Тогда гамма-спектрометр американской автоматической межпланетной станции Lunar Prospector зафиксировал на обратной стороне Луны между кратерами Комптон и Белькович аномалию тория — типичного элемента гранитов.
Поверхность внутри аномалии сложена породами, коэффициент отражения которых отличается от окружающих базальтов. В рельефе она выражена в виде типичной для вулканов конусообразной постройки, но с очень крутыми — до 25 градусов — углами наклона. Это говорит о том, что лава, образовавшая постройку, была очень вязкой, похожей на гранитную. Углы наклона большинства базальтовых вулканов Луны обычно не превышают семи градусов.
Авторы исследования получили новое подтверждение тому, что ториевая аномалия связана с остывающим очагом гранитной магмы. Обобщив данные микроволновых измерений китайских аппаратов "Чанъэ-1" и "Чанъэ-2", а также окололунных орбитальных станций НАСА Lunar Prospector и Lunar Reconnaissance Orbiters, ученые составили карту теплового излучения региона. На ней отчетливо видно, что область аномалии примерно на десять градусов Цельсия теплее, чем окрестности, а на ее границах возникает резкий температурный градиент.
© Siegler at al, Nature July 2023
Слева — положение ториевой аномалии на обратной стороне Луны; в центре — тепловая аномалия Комптон — Белькович; справа — температурный градиент на границе аномалии
Исследователи считают, что имеют дело с потухшим вулканом, который последний раз извергался примерно 3,5 миллиарда лет назад. А под ним расположен гранитный батолит — застывшее магматическое телом размером около 50 километров в поперечнике.
"Единственный вариант, который объясняет тепловую аномалию, — это большое магматическое тело гранита, которое постепенно остывает, — говорит ведущий автор работы Мэттью Зиглер из Института планетологии в Тусоне, штат Аризона. — По сравнению с другими породами в лунной коре гранит имеет высокую концентрацию радиоактивных элементов, таких как уран и торий, что приводит к нагреву, который мы ощущаем на поверхности".
Считается, что граниты — исключительно земные породы. Их геохимические "отпечатки" раньше не находили нигде в Солнечной системе. Ученые объясняют это тем, что формирование гранитов связано с плавлением литосферных плит, погружающихся в мантию. То есть для гранитного магмообразования нужна тектоника плит, а этот механизм глобальной динамики действует только на Земле. К тому же в состав гранитной магмы входит вода. Каким образом граниты могли появиться на Луне, еще предстоит выяснить.