Кислород на Луне
Российские ученые нашли в грунте с «Чанъэ-5» следы древних вулканических газов
Сотрудники лаборатории метеоритики и космохимии Института геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) провели исследование уникального обломка из образца реголита, доставленного китайской автоматической лунной станцией «Чанъэ-5». Детальное изучение показало, что это мог быть осколок микросферулы магнетита, имеющий лунное происхождение.
Фото: Michael Probst / AP
Фото: Michael Probst / AP
Состав и морфология частицы свидетельствуют о ее возможном образовании из флюидной (газовой) фазы в окислительной среде, что позволило связать ее происхождение с вулканическими процессами, сформировавшими базальтовые покровы этого района Луны. На основе полученных данных высказано предположение о существовании источников вулканических газов (фумарол) в районе посадки «Чанъэ-5».
Результаты исследования были опубликованы в журнале «Геохимия» / «Geochemistry International» (Demidova et al., 2025), посвященном исследованию внеземного вещества. Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России.
Образование морских базальтов представляет собой один из важнейших процессов в истории Луны. На Земле, где магмы богаты летучими компонентами (газами и водой), базальтовый вулканизм часто сопровождается фумарольными процессами. На Луне, обедненной летучими компонентами, имеются лишь единичные свидетельства фумарольной активности.
В декабре 2020 года первая китайская автоматическая лунная станция «Чанъэ-5» доставила на Землю образец реголита из района молодого (примерно 2 млрд лет) базальтового вулканизма в Океане Бурь. Реголит содержит главным образом обломки базальтов и продукты их ударной переработки — стекло и обломки горных пород, сплавленные со стеклом. Ученые из ГЕОХИ РАН обнаружили в образце «Чанъэ-5» уникальный фрагмент сферической частицы, состоящий из микрокристаллов оксида железа. Химический состав и форма кристаллов позволили предположить, что это могла быть разрушенная микросферула магнетита с первоначальным размером 80–100 мкм в диаметре. Магнетит – минерал, распространенный на Земле, однако практически отсутствующий на Луне, поэтому его происхождение, а также источник необходимого для его образования окислительного агента на Луне являются предметом дискуссий. Имеющиеся на поверхности изученной частицы набрызги и пленки стекла и мельчайшие обломки лунных минералов являются типичными признаками компонентов лунного реголита, что подтвердило тот факт, что этот фрагмент определенно находился на поверхности Луны. Детальное сравнение с возможными метеоритными источниками продемонстрировало, что эта частица имеет лунное происхождение.
Форма и морфология поверхности микрокристаллов указывают на свободный рост микросферулы из газовой или флюидной фазы. Окислительным агентом в этом случае мог быть вулканический газ/флюид, накопившийся в ходе извержения базальтовой магмы на позднемагматической стадии или в результате фумарольной активности после излияния базальтов.
Ученые предполагают, что если фумаролы существовали в районе посадки «Чанъэ-5», то их продукты должны были быть впоследствии переработаны в реголите в ходе длительной метеоритной бомбардировки. Важнейшим следствием этого процесса могло быть наблюдаемое обогащение реголита «Чанъэ-5» летучими компонентами, а также Ni, Cu, Co и др., которые могут рассматриваться в качестве полезных лунных минеральных ресурсов.
Светлана Демидова, заместитель заведующего лабораторией метеоритики и космохимии ГЕОХИ РАН, кандидат геолого-минералогических наук, ответила на вопросы «Ъ-Науки».
— Что именно обнаружили российские ученые в лунном грунте с «Чанъэ-5» и почему эта находка считается уникальной?
— Был обнаружен фрагмент сферического агрегата кристаллов магнетита, сохранившего свою первичную структуру. Уникален состав, размер и структура данного объекта. Проявления магнетита в лунных породах единичны, первоначальный размер микросферулы составлял около 100 мкм (0,1 мм) в диаметре, что считается довольно крупным объектом в сравнении с другими находками. Несмотря на пребывание в реголите, частица сохранила хорошо выраженную морфологию поверхности и внутреннюю структуру, свидетельствующие о возможности свободного роста из газовой или флюидной фазы.
— Почему обнаружение магнетита в лунном реголите является научной сенсацией и ставит перед исследователями сложный вопрос?
— В лунных породах, формировавшихся в восстановительной обстановке, железо обычно присутствует в виде двухвалентного (Fe2+) или металлического железа (Fe0). Минерал магнетит — это сложный оксид железа, содержащий в своем составе не только двухвалентное (Fe2+), но и трехвалентное (Fe3+) железо, что свидетельствует об окислительной обстановке при его образовании, что нехарактерно для Луны. В литературе имеется лишь несколько упоминаний присутствия магнетита в образцах миссий «Аполлон» и «Чанъэ-5». Обычно это субмикроскопические образования, находящиеся в тесном срастании с другими минералами. Происхождение магнетита и источник окислительного агента на Луне являются предметом дискуссий.
Обломок микросферической частицы магнетита из образца реголита «Чанъэ-5»
Обломок микросферической частицы магнетита из образца реголита «Чанъэ-5»
— Как форма и структура этой крошечной частицы помогают ученым восстановить условия ее образования миллиарды лет назад?
— Закономерное распределение микрокристаллов магнетита в сферическом агрегате напоминает первичную структуру, описанную в ряде продуктов земных вулканических процессов, что является признаком быстрого роста микросферул из богатых железом вулканических газов или флюидов. Детальный анализ возможных механизмов образования такой частицы позволил прийти к закономерному выводу о ее связи с вулканическими процессами, широко проявленными в районе отбора пробы «Чанъэ-5».
— Если гипотеза о фумаролах верна, как это меняет наше представление о геологической истории Луны?
— Эта гипотеза не меняет наше представление о геологической истории Луны, она ее дополняет. Несмотря на очевидную разницу в окислительно-восстановительных условиях, кажется реалистичным, что по аналогии с вулканическими процессами на Земле газы или флюиды, растворенные в лунных магмах, могут вызывать фумарольную активность после извержения, однако, очевидно, гораздо менее интенсивную и лишь локально. Ведь как показали многолетние исследования, лунные магмы в основном обеднены летучими компонентами.
— Какое практическое значение может иметь это открытие для будущего освоения Луны?
— Известно, что вулканические газы являются эффективным переносчиком металлов, таких как Cu, Ni и др., которые считаются важными лунными минеральными ресурсами. Но для обнаружения подобных объектов и оценки их экономического потенциала необходимы стратегии поиска, аналогичные используемым на Земле и сочетающие в себе как дистанционное зондирование, так и анализ доставленных образцов в лабораториях.
— Каковы дальнейшие шаги в исследовании? Что могло бы окончательно подтвердить гипотезу о фумарольной активности на Луне?
— Прежде всего — поиск новых объектов, указывающих на их фумарольное происхождение. Это направление особенно перспективно в свете первой находки китайскими учеными в образце «Чанъэ-5» водосодержащего минерала, аналогичного земному минералу фумарол,— новограбленовита. Кроме того, имеются образцы и из других районов распространения базальтового вулканизма, которые также могут преподнести сюрпризы.