ЛУННЫЕ МЕТЕОРИТЫ И ВЕЩЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ

ЛУННОЙ КОРЫ

С.И. Демидова

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук М.А. Назаров

Лаборатория метеоритикиГЕОХИ РАН

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:определение вещественных характеристик лунной коры, основываясь на петрографическом, минеральном и химическом составе лунных метеоритов.

ЗАДАЧИ :

- исследование вещественного состава лунных метеоритов, найденных в провинции Дофар (Оман)

-оценка среднего состава лунной коры на основе полученных и литературных данных о лунных метеоритах

- поиск глубинного вещества в лунных метеоритах и оценка условий его образования

- установление генетических взаимоотношений фрагментов магматических пород в лунном морском метеорите Dhofar 287.

МЕТОДЫ:

- петрография и химия минералов (оптическая микроскопия, электронно-зондовый микроанализ)

- химический состав (РФА, ИНАА, ИСП-АЭС)

ЛУННЫЕ МЕТЕОРИТЫ ОМАНА

Лунные метеориты Дофара (53) составляют 40% от всех лунных находок и ~4% метеоритов этого района.

Метеорит Dhofar 311 – брекчия с ударно-расплавной матрицей

ЛУННЫЕ МЕТЕОРИТЫ ОМАНА

Материковые метеориты:1) ферроанортозиты– группа Dh 2802) троктолитовые анортозиты – группа Dh 302 и Dh 7333) норитовые анортозиты – группа Dh 025 и Dh 026

Смешанные метеориты –группа Dh 925

Морской метеорит – Dh 287

55 60 65 70 75 80Mg/(Mg+Fe), ат.%

4

6

8

10

12

14

Sc,

мкг

/г

группа Dh 025группа Dh 302группа Dh 280другие метеориты

ферроанортозиты

норитовыеанортозиты

троктолитовыеанортозиты

Dh 305

Dh 302

Dh 026

Dh 733

ЛУННЫЕ МЕТЕОРИТЫ ОМАНА

СМЕШАННЫЕ МЕТЕОРИТЫ - DHOFAR 925, 960, 961

- типичный материковый материал (анортозиты, нориты, троктолиты)

- морской компонент (очень низкотитанистые базальты (VLT) и железистые породы (состоят из фаялита, геденбергита, Fe авгита, ильменита и фазы кремнезема)

- породы, содержащие KREEP

- фрагменты гранитного состава

Fo, %

#of

grai

ns

Dh 961

D h 960

Dh 925

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 00

20

0

5

10

0

10

58 62 66 70 74 78 82 86 90 94 98 An, %

0

20

05

1015

0

20

#o

fgr

ains

Dh 961

D h 960

Dh 925

Dh 925Dh 960Dh 961

D i H d

FsEn

Метеоритные тела фрагментируются при прохождении атмосферы.

Критерии парностиметеоритов:

1) близость расположениянаходок

2) сходство вещественного состава

3) одинаковый земной возраст

ПАРНОСТЬ МЕТЕОРИТОВ ДОФАРА

Для метеоритов пустынь характерен привнос земного Ba и Sr, что может быть использовано для оценки относительного земного возраста.

100 1000 10000

S r, мкг/г

10

100

1000

10000

Ba

, м

кг/г

антарктические м етеоритыгруппа D h 025группа D h 280D h 026D h 733

земной возр

аст

Группа Dhofar 280:

(1) молодое падение - Dhofar 280 и 081

Группа Dhofar 025 - самое древнее падение

(2) более древнее падение –

группа Dhofar 302

ПАРНОСТЬ МЕТЕОРИТОВ ДОФАРА

Основываясь на петрографическом и химическом сходстве среди исследованных метеоритов можно выделить по крайней мере 7 различных падений лунных метеоритов, которые представлены в основном метеоритными дождями:1) Dhofar 025/301/304/308; 2) Dhofar 280/081; 3) Dhofar 302, 303, 305, 307, 309, 310, 311, 730, 731, 950; 4) Dhofar 026/457-468; 5) Dhofar 733; 6) Dhofar 925/960/961; 7) Dhofar 287.

В лунных метеоритах установлены практически все компоненты, известные в образцах, доставленных экспедициями «Аполлон» и аппаратами «Луна», включая такие редкие типы, как: монцодиоритовый материал; фрагменты гранитного состава; пикритовые стекла; ультраосновные породы

ЛУННЫЕ МЕТЕОРИТЫ ОМАНА

Лунные метеориты выброшены менее 10 млн. лет назад (Nishiizumi et al., Thalmann et al., 1996) с образованием метеоритных кратеров диаметром менее 10 км (глубина экскавации ~ 1 км).

!Случайный характер выброса лунных метеоритовВещественная представительность

Таким образом лунные метеориты представительно характеризуют состав лунной коры

(Palme et al., 1991) – 5 метеоритов(Korotev et al., 2003) – 11 метеоритов

СОСТАВ ЛУННОЙ КОРЫ

СОСТАВ ЛУННОЙ КОРЫ

1) простое среднее, основываясь на числе находок

- но число находок лунных метеоритов всегда больше числа падений

2) средневзвешенное с учетом массы каждого метеорита

- снимает проблему парности

- однако нужен большой статистический объем популяции

СОСТАВ ЛУННОЙ КОРЫ

количество масса, г

Всего 133 метеорита~ 63 падения*

38066

Использовано в расчете 64 метеорита26 падений

11072

Материковая популяция 14 падений 6890

Морская популяция 7 падений 3549

Смешанная популяция 5 падений 633

*данные с сайта о лунных метеоритах http://meteorites.wustl.edu/lunar/moon_meteorites.htm

СРАВНЕНИЕ С ОРБИТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ

Средние содержания Th и Fe в материковой популяции, и среднее содержание Ti в морской популяции хорошо соответствуют последним орбитальным данным для пород Луны.

среднее по морским метеоритам

Лунные моря(видимая сторона Луны)

Согласно «метеоритной» оценке в морских районах Луны доминируют LT базальты (≈2.3 мас.% TiO2). Высокотитанистые базальты должны иметь ограниченное распространение.

СОСТАВ ЛУННОЙ КОРЫ

Na2O, мас.%

K2OSiO2

FeOMgOAl2O3

CaOCr2O3

TiO2

MG#р.з.э., ppm

ThScCoNi

0.36 (0.02)0.05 (0.01)44.2 (0.2)4.12 (0.17)4.90 (0.24)28.5 (0.2)16.8 (0.1)0.09 (0.01)0.22 (0.01)67.813.30.36 (0.02)7.7 (0.4)15 (0.8)154 (13)

0.450.0845.06.66.824.615.80.10.566529.70.91015100

Состав материковой коры

(Taylor, 1982)

*имеет более высокие содержания Ca и Al, и более низкие содержания Fe и Mg, что соответствует большему содержанию плагиоклаза в лунной коре

*содержит меньше несовместимых элементов.

?

Материковыеметеориты,

объед. среднее

0.350.0344.74.45.428.216.30.10.226915.00.378.017185

Материковыеметеориты,

(Korotev et al., 2003)

Материковая кора = плагиоклаз + родительский расплав

Источник = родительский расплав + оливин

1) Если родительский расплав коры – продукт фракционирования всей Луны, например результат 17% частичного плавления

2) Если родительский расплав коры – продукт фракционирования внешней части Луны (400 км - предполагаемая глубина океана магмы), то есть результат 35% частичного плавления

«Метеоритный» состав коры согласуется с обогащением Луны труднолетучими элементами (р.з.э.) и обеднением сидерофильными (Co) и легколетучими (Na) элементами.

ГЛУБИННЫЙ МАТЕРИАЛ В ЛУННЫХ МЕТЕОРИТАХ

В метеоритах Dh 302, 303, 305, 306, 307, 309, 310, 311, 730, 950, 1436 и SaU 449 найдены 2 фрагмента горных пород, содержащих алюмоэнстатит, 8 сростков алюмоэнстатита с другими фазами и 50 мономинеральных фрагментов алюмоэнстатита.

Фрагмент 310-М3

Шпинель образует червеобразные выделения в алюмоэнстатите, что не характерно для лунных материковых пород. Это результат твердофазных превращений.

ГЛУБИННЫЙ МАТЕРИАЛ В ЛУННЫХ МЕТЕОРИТАХ

1) лунные метеориты; 2) шпинелевые катаклазиты образцов «Аполлон»

Магнезиальность лунных алюмоэнстатитов (89.5±1.4 ат. %) и земной мантии (89.4 ат. %) (Warren, 2005) совпадают.

Al2O3, 0 4 8 12

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

мас.%С

аОм

ас .

%,

40 60 80 1000

4

8

12

12

Mg/(Mg+Fe), ат.%

Al

O,

23

мас

.%

ГЛУБИННЫЙ МАТЕРИАЛ В ЛУННЫХ МЕТЕОРИТАХ

15445* 72435* 77517* 310-М3 309-М4 Сростки Мин. фрагм.

Al-энстатит (En)Al2O3, мас.%

91-922-6.3

65-78 89-913.3-6.7

896.8-7.3

896.0-11.5

85-902.2-8.6

82-922.2-9.4

Оливин (Fo) 88-91 72 89-90 89 81-88 87-90

Плагиоклаз (An) 88-98 94-98 96-98 97 96 97-99

ШпинельFe/(Fe+Mg)Cr/(Cr+Al)

0.190.13

0.31-0.560.03-0.21

0.20-0.380.08-0.29

0.200.04

0.19-0.300.04-0.13

0.19-0.220.05-0.10

*Warner et al., 1978

Р-Т УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АЛЮМОЭНСТАТИТА

Для большей части зерен алюмоэнстатита минимальная глубина образования составляет ~20-30 км, что соответствует средним зонам лунной коры. Максимальная глубина – 170 км.

Границы фазовых равновесий даны для шпинелевого троктолита с пониженным содержанием Ca

5(1-х)Fo+Cord = 5[(1-x)En+xMgTs]+(2-5x)Sp, где х – мольная доля MgAl2SiO6 (Herzberg, 1978; Herzberg, Baker, 1980)

T = 580-1150°C Pmin = 0.1-1.8 кбар

DHOFAR 287 – РАЗНООБРАЗИЕ МОРСКОГО ВУЛКАНИЗМА

Витрофировая порода

Dh 287A - базальт

Кристаллические породы Cтекла

Dh 287B - брекчия

DHOFAR 287 – разнообразие морского вулканизма

*VLT базальты, более железистые, чем в Аполлоне 17 и Луне 24

*пикритовые стекла, сходные с зелеными стеклами Аполлона 15, которые считаются вулканическими

*KREEP стекло*монцодиоритовое стекло*грубозернистый материал с необычной химией минералов (состав источника неизвестен)

*LT базальты с низким Na, как в Аполлоне 15 и 17

Компоненты брекчии:*LT базальты, сходные с базальтамиАполлона 15 и 17, но обогащенные Na и К

DHOFAR 287В Dhofar 287 присутствуют 2 типа расплавов:

1) насыщенные оливином (родительские расплавы)

2) близкие к сонасыщению оливином, пироксеном и плагиоклазом

Родительские расплавы могли образоваться в результате ассимиляции KREEP материала пикритовым расплавом

Dhofar 287содержит представителей различных магматических событий

SiO2

Ol An

кремнезем

пироксен

плагиоклаз

шпинельоливин

монцодиоритовое стекло

KREEPУдарное стекло

Dh 287A

Dh 287Bстеклаударные стекла

фрагменты пород

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ1. Лунные метеориты Омана составляют 40% всех лунных метеоритных

находок и представлены материковыми, морским и смешанными метеоритами, которые представляют, по меньшей мере, 7 различных падений.

2. Материковая кора Луны богаче алюминием и беднее несовместимыми элементами, чем считалось ранее, что подтверждает модель лунного океана магмы и обогащение Луны труднолетучими элементами. В морских районах доминируют низкотитанистые базальты, высокотитанистые базальты имеют ограниченное распространение.

3. Глубинный материал лунной коры и, возможно, материал верхней мантии содержит алюмоэнстатит, оливин, шпинель, плагиоклаз и, по крайней мере, в некоторых областях не отличается по магнезиальности от вещества земной верхней мантии.

4. В лунном морском метеорите Dh 287 присутствуют различные типы базальтовых пород, отличающихся по составу, скорости остывания и условиям формирования. В их образовании принимали участие процессы ассимиляции KREEP материала.

Спасибо за внимание!

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЛУННЫХ МЕТЕОРИТОВКаменный метеорит

Ахондрит Хондрит

>50% плагиоклаза <50% плагиоклаза

Луна: материковый Луна: морской

HED метеориты

SNC метеориты

F e O /M gO , %м ол .

FeO

/MnO

, %

мо л

.

00 1 20.5 1.5

50

100

150

ХондритовоеMn/Mg

брашиниты

уреилиты

Л уна

SNC метеориты

HED метеориты

лодранитыакапулькоиты

винонаиты/IAB силикатные включения

Fe/Mn отношение

àêàï óë üêî èòû -ë î ä ðàí èòû

ãî âàðä èòû -ýâêðèòû -ä èî ãåí èòû(H ED )

2 4 6 8 10

0

1

2

3

4

5

óðåèë èòû

IAB-IIIC Dâèí î í àèòû

ë óí í û åì åòåî ðèòû

SN Cì åòåî ðèòû

δ18О

δ17О

Изотопиякислорода

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ЛУННЫХ МЕТЕОРИТОВ

Fe/Mn в ol и px ~ 89 и 54 ~ 43 и 29 ~ 43 и 30

структура преобладают брекчии

есть брекчии магм. породы

оливин распространен почти нет есть

плагиоклаз An85-99 An75-95 An40-75

металл метеоритный родной и метеоритный

нет

акцессорные минералы

ильменит, хромит, троилит, армолколит,

транквиллитит, пироксферроит и др.

ильменит,хромит,троилит

магнетит, пирротин

возраст 3.1-3.9 (морские) 4.5 млрд.л. ≤1.3 млрд.л.

Лунные метеориты и лунные породы

HED SNC

Гранулитовая брекчия. Материковый метеорит Dh 733

Обломочная брекчия. Морской метеорит Dh 287

Метеорит DHOFAR 026

200 m

Фрагмент гранитного состава в смешанном метеорите Dhofar 925

Фрагмент дунита в материковом метеорите Dhofar 310

Фрагменты пироксенитов в материковом метеорите Dhofar 305

200 m

МАТЕРИКОВЫЕ МОРСКИЕ СМЕШАННЫЕ Средневзве-

шенное Простое среднее

Объединенное среднее

Средневзве-шенное

Простое среднее

Объединенное среднее

Средневзве-шенное

Простое среднее

Объединенное среднее

Лунная поверхность

масса,г 6890.3 3549.3 632.7

SiO2 44.2 (0.1) 44.3 (0.3) 44.2 (0.2) 46.4 (0.6) 45.6 (0.6) 46.0 (0.4) 46.2 (0.5) 46.3 (0.4) 46.3 (0.3) 45.0 (0.2) TiO2 0.21 (0.01) 0.24 (0.02) 0.22 (0.01) 2.46 (0.40) 2.06 (0.38) 2.25 (0.28) 0.52 (0.06) 0.59 (0.10) 0.54 (0.06) 0.86 (0.13) Al2O3 28.7 (0.3) 28.2 (0.4) 28.5 (0.2) 9.20 (0.55) 9.89 (0.82) 9.41 (0.5) 19.7 (1.5) 19.3 (1.4) 19.5 (1.0) 21.7 (0.9) Cr2O3 0.09 (0.01) 0.10 (0.01) 0.09 (0.01) 0.34 (0.03) 0.34 (0.06) 0.34 (0.03) 0.23 (0.02) 0.23 (0.02) 0.23 (0.01) 0.18 (0.02) FeO 4.03 (0.16) 4.40 (0.28) 4.12 (0.17) 20.9 (0.6) 21.2 (0.7) 21.0 (0.47) 11.0 (1.2) 11.4 (1.1) 11.2 (0.8) 10.1 (0.8) MnO 0.06 (0.003) 0.06 (0.004) 0.06 (0.002) 0.28 (0.01) 0.28 (0.01) 0.28 (0.01) 0.13 (0.01) 0.14 (0.01) 0.13 (0.01) 0.13 (0.01) MgO 4.72 (0.28) 5.22 (0.38) 4.90 (0.24) 9.04 (2.19) 9.55 (2.00) 9.32 1.48 () 8.34 (0.34) 8.18 (0.61) 8.30 (0.35) 6.69 (0.51) CaO 17.0 (0.2) 16.5 (0.2) 16.8 (0.1) 10.3 (0.5) 10.6 (0.64) 10.4 (0.41) 13.4 (0.5) 13.7 (0.7) 13.5 (0.43) 14.5 (0.3) Na2O 0.35 (0.02) 0.37 (0.03) 0.36 (0.02) 0.34 (0.04) 0.35 (0.04) 0.34 (0.03) 0.40 (0.02) 0.41 (0.03) 0.40 (0.02) 0.36 (0.01) K2O 0.05 (0.01) 0.04 (0.01) 0.05 (0.01) 0.09 (0.01) 0.09 (0.02) 0.09 (0.01) 0.08 (0.02) 0.12 (0.04) 0.09 (0.02) 0.07 (0.01) P2O5 0.08 (0.02) 0.09 (0.02) 0.08 (0.01) 0.11 (0.02) 0.17 (0.05) 0.12 (0.03) - -

Сумма 99.6 99.7 () 99.5 99.4 100.1 99.5 100.1 100.5 100.2

Sc 7.5 (0.4) 8.1 (0.6) 7.7 (0.4) 57.3 (8.4) 59.5 (10.7) 58.1 (6.8) 25.0 (2.8) 26.1 (2.4) 25.6 (1.8) 25 (3) V 29 (2) 32 (4) 30 (2) 83 (6) 81 (11) 82 (6) Co 14.9 (0.8) 16.9 (1.4) 15.4 (0.8) 43.9 (6.2) 43.1 (6.0) 43.5 (4.3) 39.3 (2.5) 36.5 (4.2) 38.6 (2.5) 27 (2) Ni 148 (12) 176 (23) 154 (13) 58 (21) 58 (17) 58 (13) 141 (37) 206 (53) 162 (35) 128 (12) Ga 3.7 (1.3) 3.6 (0.8) 3.6 (0.8) 3.4 (0.4) 3.7 (0.5) 3.5 (0.3) 3.7 (0.8) 3.9 (1.2) 3.8 (0.7) 3.7 (0.5) Rb 3.9 (1.0) 3.5 (1.0) 3.7 (0.7) 2.1 (0.4) 2.8 (0.5) 2.3 (0.4) Sr 155” (3) 150” (3) 152” (2) 125” (4) 108” (11) 123” (7) 114” (8) 126” (12) 118” (8) 140 (3) Zr 32 (3) 32 (3) 32 (2) 168 (23) 122 (25) 147 (18) 104 (35) 156 (66) 115 (39) 80 (10) Ba 29” (2) 32” (3) 30” (2) 129” (30) 74” (30) 101” (24) 94” (34) 137” (60) 104” (36) 64 (10) La 2.15 (0.20) 2.15 (0.22) 2.15 (0.15) 11.5 (1.4) 9.3 (1.5) 10.5 (1.1) 6.0 (2.3) 9.3 (4.2) 6.8 (2.5) 5.4 (0.7) Ce 5.46 (0.53) 5.50 (0.60) 5.48 (0.40) 30.6 (3.5) 24.4 (3.7) 27.7 (2.7) 14.8 (6.0) 23.5 (10.5) 16.9 (6.3) 14.0 (1.7) Nd 3.29 (0.31) 3.41 (0.35) 3.34 (0.23) 20.7 (2.3) 16.7 (2.3) 18.7 (1.7) 9.4 (3.3) 13.4 (5.6) 10.4 (3.3) 9.1 (1.1) Sm 0.97 (0.09) 1.05 (0.11) 1.00 (0.07) 6.3 (0.7) 5.2 (0.6) 5.7 (0.5) 2.8 (1.0) 4.3 (1.8) 3.1 (1.1) 2.8 (0.3) Eu 0.85 (0.06) 0.94 (0.12) 0.87 (0.07) 1.10 (0.14) 1.04 (0.12) 1.06 (0.09) 0.76 (0.12) 0.86 (0.16) 0.80 (0.10) 0.93 (0.05) Gd 1.2 (0.1) 1.5 (0.1) 1.3 (0.1) Tb 0.21 (0.02) 0.23 (0.02) 0.22 (0.01) 1.52 (0.18) 1.19 (0.16) 1.34 (0.13) 0.61 (0.20) 0.89 (0.35) 0.68 (0.21) 0.63 (0.07) Dy 1.5 (0.1) 1.6 (0.1) 1.5 (0.1) Ho 0.34 (0.03) 0.35 (0.03) 0.34 (0.02) Yb 0.78 (0.07) 0.82 (0.08) 0.80 (0.05) 5.36 (0.56) 4.34 (0.52) 4.81 (0.41) 2.4 (0.7) 3.5 (1.3) 2.6 (0.8) 2.3 (0.3) Lu 0.12 (0.01) 0.12 (0.01) 0.12 (0.01) 0.75 (0.02) 0.62 (0.06) 0.74 (0.04) 0.36 (0.10) 0.52 (0.19) 0.39 (0.11) 0.33 (0.03) Hf 0.71 (0.07) 0.79 (0.08) 0.74 (0.05) 4.6 (0.5) 3.6 (0.5) 4.1 (0.4) 2.2 (0.9) 3.3 (1.5) 2.5 (0.9) 2.0 (0.2) Ta 0.15 (0.02) 0.17 (0.02) 0.16 (0.01) 0.48 (0.07) 0.45 (0.08) 0.47 (0.05) 0.55 (0.27) 0.57 (0.27) 0.56 (0.20)