Химический состав, минералогия и физические свойства мантии Луны. Обзор - Кусков О.Л.; Кронрод Е.В.; Кронрод В.А. (My University, 2024)
Особую роль в геохимии и геофизике Луны занимает проблема ее внутреннего строения. Основным источником информации о химическом составе и физическом состоянии глубоких недр являются сейсмические эксперименты экспедиций Аpollo, гравитационные данные миссии GRAIL, геохимические и изотопные исследования образцов лунного грунта. Несмотря на высокую степень сходства земного и лунного вещества по изотопному составу ряда элементов, вопрос о сходстве и/или различии состава силикатных оболочек Земли и ее спутника в отношении главных элементов остается нерешенным. В обзорной статье проведено обобщение и критический анализ информации о составе и строении Луны, рассмотрены основные противоречия между геохимическими и геофизическими классами моделей внутренней структуры мантии как между собой, так и внутри обоих классов, связанные с оценкой распространенности оксидов главных элементов Fe, Mg, Si, Al, Ca, проанализированы модели валового состава Луны (BSM). Изложены принципы подхода к моделированию внутреннего строения планетного тела, основанные на совместной инверсии интегрального набора селенофизических, сейсмических и геохимических параметров в сочетании с расчетами фазовых равновесий и физических свойств. Обсуждаются два новых класса моделей химического состава Луны, обогащенных кремнеземом (~50% SiO2) и закисным железом (11–13% FeO, Mg# 79–81) по отношению к валовому составу силикатной составляющей Земли (BSE) ‒ модели E с земными концентрациями CaO и Al2О3 (Earth-like models) и модели M с более высоким содержанием тугоплавких оксидов (Moon-like models), определяющие особенности минералогической и сейсмической структуры лунных недр. Получено вероятностное распределение геохимических (концентраций оксидов) и геофизических (скорости P-, S-волн и плотность) параметров в четырехслойной мантии Луны в диапазоне допустимых селенотерм. Выявлены систематические различия в содержаниях породообразующих оксидов в силикатных оболочках Земли и Луны. Проведены расчеты минерального состава, скоростей P-, S-волн и плотности Е/М моделей и двух классов концептуальных геохимических моделей LPUM (Lunar Primitive Upper Mantle) и TWM (Taylor Whole Moon) с земным содержанием кремнезема (~45 мас. % SiO2) и различным содержанием FeO и Al2O3. Дано обоснование SiO2-FeO-обогащенной (оливин-пироксенитовой) мантии Луны, не имеющей генетического сходства с пиролитовым веществом мантии Земли, что является геохимическим следствием инверсии геофизических параметров и определяется космохимическими условиями и механизмом образования Луны. Основным минералом верхней мантии Луны является высокомагнезиальный ортопироксен с низким содержанием кальция, а не оливин, что подтверждается данными сейсмического зондирования по программе Apollo и поддерживается анализом спектральных данных пород ряда ударных бассейнов, полученных космическими аппаратами. Напротив, скорости продольных и поперечных волн геохимических моделей TWM и LPUM, в которых оливин является основным минералом лунной мантии, не соответствуют сейсмическим данным Apollo. Рассмотрены геохимические ограничения в сценариях формирования Луны. Одновременное обогащение Луны SiO2 и FeO по отношению к пиролитовой мантии Земли несовместимо с образованием Луны в результате гигантского столкновения из земного вещества или ударного тела (тел) хондритового состава и становится таким же препятствием в современных сценариях формирования Луны, как и сходство в изотопных составах лунных и земных образцов. Обсуждается проблема, как вместить эти разные геохимические факторы в прокрустово ложе космогонических моделей формирования системы Земля–Луна.
Chemical Composition, Mineralogy and Physical Properties of the Mantle of the Moon: a Review
Keywords: Луна; внутреннее строение Луны; лунная геофизика; химический состав; происхождение Луны; 539.172.3:523.681