F.A.Q. по лунному грунту

Ролик в познавательных целях. Как исследуют лунный грунт в США в JSC:

Обратите внимание, что сам грунт находится в инертной атмосфере азота и все манипуляции с ним производятся в перчатках через специальные технологические отверстия. Это сделано для предотвращения загрязнения.

Утащу заодно и к себе.
«Насколько трудно отличить лунные образцы от аналогичных земных камней*»
А так же – с вопросами по аутентичности и подделкам тех же лунных образцов.
(*) – Да, вместо «камней» здесь следовало использовать термин «литологий». Но я постараюсь по возможности воздерживаться от использования всяких страшных геологических слов. Этот текст адресован широкой аудитории, то есть тем, кто никогда не слышал о науке петрологии, и, между прочим, имеет на это полное право. Да, этим людям – никогда – даже в самом страшном сне – не приходилось увязывать претрографические характеристики – с метаморфическими фациями. Ну и что? – можно только порадоваться за них – людям повезло, беда прошла стороной, жизнь удалась. Что касается строгих петрологов – могу только предложить им застрелиться из ржавого веника принять мои самые искренние извинения за неиспользование надлежащей терминологии.

Первый раздел будет О ЛУННЫХ КАМНЯХ

 

(которые петрологи называют горными породами), но не совсем таких, что на верхнем снимке с профессором Мюлбергером. На том снимке всё-таки брекчия (механическая смесь фрагментов разной природы, которая была спрессована или «склеена» воедино неким вторичным процессом).
А сейчас мы будем говорить других образцах Аполло, об излившихся базальтах (ну, чтоб петрологов совсем уж до слез не доводить – такие породы называются эффузивными). И в первую очередь потому, что именно этот тип, излившиеся базальты составляют значительную часть лунных пород в коллекции Аполло. Причины тут две: во-первых, сажать Лунный модуль проще и безопаснее – подальше от горных массивов, на бескрайних просторах Лунных Морей, которые как раз и покрыты теми самыми излившимися базальтами. Под этими базальтами, на глубине – там конечно есть вполне интрузивные (то есть, «внедрившиеся в толщу») породы, но оборудования для глубинного бурения у астронавтов с собой не было. Это во-вторых. Поэтому здесь я расскажу несколько деталей о том, как и почему лунные излившиеся базальты отличаются от аналогичных земных базальтов.
Деталь ПЕРВАЯ:
На Земле базальтовая магма изливается на поверхность, на воздух – и быстро остывают за счёт конвективного охлаждения воздухом (про морские базальты, образовавшиеся под водой, можно вообще не вспоминать – они остывали так быстро, что там половина литологии – стекло). В результате подавляющее большинство земных базальтов – мелкокристаллические, иногда даже с некоторым количеством стекла. Поскольку весь период их кристаллизации исчислялся днями-неделями.
А вот на Луне – магма изливается в вакуум, где конвективного охлаждения – нет ни крошки. В результате получается базальт очень крупно-кристаллический, с такими порфировыми узорами, которые не то что не заметить невозможно – трудно при этом не обалдеть. Таких порфировых структур даже в офиолитах не встретишь, но тут-то – базальты излившиеся, а не глубинные кумуляты. Крупнокристаллическими на земле бывают метаморфические породы – но все они легко отличаются от базальтов. По внешнему виду. Или, как говорят некоторые петрологи – мордально (да-да, среди петрологов тоже попадаются такие люди – с большими серыми глазами, тоненькими пальчиками и чувством юмора).
Деталь ВТОРАЯ:
На Земле базальтовая магма изливается на поверхность, т.е., на воздух – и кристаллизуется там – в присутствии кислорода и воды. И некоторые компоненты магмы, которые могут окисляться или гидратироваться – они охотно это делают (при температуре-то под тысячу градусов – почему бы и не окислиться?). Поэтому в земных базальтах присутствует привычный набор окисленных и/или гидратированных минералов.
С другой стороны, на Луне – магма изливается в вакуум, где что кислорода, что воды – нет ни крошки. И те самые упомянутые компоненты – они остаются в своём первоначальном неокисленном/негидратированном виде. В результате в лунных базальтах получается набор НЕпривычных акцессорных минералов – усугублённый почти полным отсутствием – привычных. И для земного геохимика и минералога эта непривычность настолько бросается в глаза – что засекается на раз, при первичном осмотре образца, без сложных приборов.
Один простой пример – минерал троилит (FeS)
Только пожалуйста, не путайте его с пирротином (FenSn-1), и по химизму, и по кристаллической структуре, и по физическим свойствам – это разные минералы. А тех дурней, которые в рунете их вовсю смешивают – их выпороть бы надо.
Так вот, минерал троилит – в земных породах встречается крайне редко (поскольку легко реагирует с кислородом в присутствии влаги), в земных базальтах он не встречается никогда. В лунных базальтах – наоборот – троилит встречается нередко, образуя характерные розочки (звёздочки) или прожилки, видимые без микроскопа, на изломе, и легко идентифицируемые.
Деталь ТРЕТЬЯ:
Луна – это, на минуточку, другое планетное тело – с другой магматической историей и с другим изначальным химическим составом. Выражается это в том, что изливающаяся лунная магма здорово отличается по химическому составу от земных магм (при всём многообразии последних). Например, с появлением образцов Аполло геохимикам пришлось ввести новый класс базальтовых пород – VHT (Very High Titanium) Basalts. В таких лунных базальтах содержание титана измеряется не в привычных ppm (parts per million, десятитысячная доля процента), а просто – в процентах! И может доходить до 5-8%, это уже мажорный элемент в породе. А минерал титана, ильменит (двойной окисел железа (II) и титана, FeO∙TiO2), является не минорной примесью, а породо-образующим минералом. Я сам видел шлифы, где на ильменит приходится чуть ли не четверть всей поверхности шлифа. Почитайте про ильменит – вы найдете кучу популярной литературы: он прекрасно изучен, поскольку является одной из двух основных титановых руд. Где его добывают – в базальтах? – фигушки. Не бывает его там, на Земле А на Луне – пожалуйста. Да, и обратите внимание, что ильменит – темноцветный, чётко-огранённый, крупно-кристаллический – идентифицируется легко и уверенно – причём не только в шлифе или на распиле, в прямо на изломе камня. Никакие приборы не нужны – только глаза и минералогическая лупа.
Резюме к первому разделу:
В целом, я думаю, все уже догадались, что вопрос «А как можно отличить лунные базальты от земных?» – для меня (и моих коллег) не актуален. Лунные базальты и земные очень непохожи, причём именно внешне. Я бы вопрос сформулировал немного иначе:
– А как вообще можно их не отличить??

Второй раздел – про ЛУННЫЙ РЕГОЛИТ

 

Строго говоря, к реголиту относится всё на поверхности Луны, что не является горными породами, то есть этот термин включает в себя и сыпучий материал тоже – от пыли до щебёнки. Но исторически сложилось, что для сыпучего материала используется другой термин – lunar soils (лунный грунт), а у реголита сложилось своё значение.
Итак, лунный реголит – спёкшаяся корка лунного грунта, которая представляет в бытовом смысле цельный камень, но довольно легкий (значительная часть обёъма реголита – это поры, пустота) и непрочный (ломается руками, примерно как чёрствый хлеб). Исходным материалом для него явилась случайная смесь материалов разного происхождения, то есть в строгом петрологическом смысле лунный реголит – это осадочная порода. И в этом аспекте он аналогичен земным песчанникам, ракушечникам и лёссам. Да, они тоже являются случайной смесью материалов («всё, что речка принесла»), они тоже обычно механически непрочные, и они тоже частенько оказываются пористыми. Они образовались – как единый камень – в результате долгого и сильного спрессовывания (давление помноженное на время). Лунный реголит, напротив, не испытал никакого избыточного давления, он компактировался за счёт перепадов температур при прохождении лунного терминатора. То есть, каждые две недели он нагревался/охлаждался сотни на три градусов. А «склеивали» этот реголит в единый камень факторы – мягко говоря – своеобразные: спекание происходило за счёт бомбардировки солнечными нейтронами и протонами, наряду с солнечными же УФ и ИК. А теперь контрольный вопрос: вы можете себе представить, что образец такого камешка – образовавшийся под действием таких факторов – будет хоть в чём-то напоминать что-либо земное?
(для справки: я – нет, не могу)


Автор данного поста, угодившего в топ-ЖЖ Михаил Смоляр. Окончил Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (МГУ), химический факультет, University of Maryland - College Park - College Park, MD (1993 - 1996), Harvard University - Cambridge, MA (2004 - 2007). Имеет множество публикаций в профильных журналах по метеоритам.

У Смоляра в ЖЖ новый большой и интересный пост.

Вот оттуда самое интересное:

антарктические метеориты пролежали на ледниках долго, всё это долгое время они подвергались действию факторов выветривания – воды и кислорода, в основном. Также, к факторам относятся перепады температур вокруг нуля Цельсия, поскольку приводят они – то к замерзанию воды в капиллярных трещинах образца, то к оттаиванию. И действие этих факторов на исходные минералы образца (pristine minerals) приводит к появлению совсем других – вторичных минералов (altered minerals). Методы детекции подобных минералов прекрасно разработаны за последние полвека – поскольку именно они позволяют ответить на вопрос «насколько сильно подверглась земному выветриванию та или иная метеоритная находка?» – ответить конкретно и количественно.
Первым под атаку земной влаги и кислорода попадает минерал троилит. Это простой сульфид железа (FeS), окисляется он очень легко, и потому в земных породах почти не встречается. А вот в метеоритах он есть практически всегда, и в значительном количестве. Троилит есть и в лунных образцах – в базальтах и в реголитовых брекчиях. Что происходит с троилитом в земных условиях, в присутствии воды и кислорода? – Железо окисляется до гидратированных окислов Fe(III), у которых много страшных химических названий, а всем нормальным людям эти гидратированные окислы известны под названием «ржавчина». Сера из троилита окисляется до сернистой кислоты, H2SO3, которая создаёт кислую среду и – естественно – ускоряет и усиливает процесс образования вторичных минералов. Сернистая кислота провоцирует окисление металлического железа – оно имеется и в метеоритах, и в лунных брекчиях, в виде минерала под названием «камасит» (сплав железа с никелем, никеля там порядка 5 – 8%). Вот как выглядит метеорит, который пролежал на Земле несколько десятков тысяч лет:

И что бы там ни рассказывали мухины с насениками про «неокисляемое железо» – увы, это не так, оно, как видите, вполне окисляемое. Большинство ржавых пятен на этом снимке – они образовались вокруг зёрен камасита.
А вот как выглядит метеоритная находка – на распиле:

И не стоит надеяться, что чистенькая светло-серая область внизу – свободна от признаков земного окисления. Это только издали, и на общем снимке. А стоит посмотреть на такой «чистенький» участок в бинокуляр, вы легко обнаружите что-нибудь вот такое:

На этом снимке не указана шкала, но круглый «полосатик» в самом центре – это т.н. балочная хондра, они очень редко бывают больше миллиметра. Так что я думаю, что весь кадр – порядка 5 мм. Т.е., увеличение тут совсем небольшое.
Остаётся добавить ещё, что все 3 примера – это метеоритные находки из африканских пустынь. А там существенно суше, чем на ледниках Антарктиды. Кислорода – одинаково, а вот воды – меньше.

Но троилит и камасит – не единственные жертвы земного выветривания.
В случае оливинов и плагиоклазов – результатами земной (много-тысячелетней) экспозиции, во-первых, будут разнообразные глинистые минералы (или слюдоподобные миниралы), которые формируют характерные «опушки» (fringes), развивающиеся по порам и микротрещинам. Подобные минералогические признаки легко обнаруживаются на ионном микрозонде, например.
Ещё один процесс, относящийся в выветриванию: антарктические льды насыщены карбонатами, да и нитраты там – в приличных концентрациях (как и полагается льдам, чей возраст исчисляется тысячами лет). Как только раствор такого состава попадает в капиллярную трещину – по стенкам начинается отложение твёрдых солей (чаще всего – карбонатов). И чтобы засечь подобную вторичную минерализацию – микрозонд не обязателен. Вполне достаточно электронного микроскопа, а во многих случаях – «карбонизация по микротрещинам» обнаруживается на обычном оптическом микроскопе, непосредственно при первичном описании шлифа.

Итак, научный факт по первому разделу:

в Антарктических метеоритах имеются минералогические изменения, вызванные земным выветриванием – они обнаружены, описаны и прекрасно изучены.

в лунных базальтах и брекчиях Аполло – ничего подобного не наблюдается.

Вывод на основании этого факта:
все лунные базальты и реголитовые брекчии программы Аполло на Антарктических ледниках никогда не были.
Равно как и на каменистых просторах Ботсваны.

Упс ...

В статье Виноградова и др. "Рентгеноэлектронное исследование лунного реголита из Моря Изобилия и Моря Спокойствия" присутствует таблица по составу лунных реголитов из Моря Изобилия и Моря спокойствия. Конспирологи часто указывают на эту таблицу, дескать, цифры по американскому реголиту в ней округлены до целых, а по советскому реголиту округлены до десятых долей, а значит, данные по американскому и советскому реголиту взяты из разных источников (иначе чем вызвана такая разница?) Но я обратил внимание на другое... В таблице указана ссылка под номером 4, откуда взяты эти данные. Это статья В.И.Нефедова, В.С. Урусова и М.М. Кахана. "Рентгеноэлектронное исследование химической связи в минералах Ma, Mg, Al и Si" (журнал Геохимия, 1972 год, № 1, страница 11). Я нашел эту статью и обнаружил, что в ней нет не только рассматриваемой таблицы, ни вообще каких-либо данных по лунному реголиту. Там был исследован "ряд минералов", но являются ли они лунными, не указано. Наверно, я просто чего-то не понял или недоглядел, поэтому предлагаю вам самим прочитать обе статьи.

PS если бы я был конспирологом, я бы раздул из этого сенсацию. Дескать, вот он, обман советских специалистов. Ссылаются на несуществующие данные под видом советских публикаций.

Есть еще английская версия статьи Виноградова, опубликованная в третьей лунной конференции. Там тоже в конце присутствует ссылка на статью Нефедова и др., однако в самой таблице состава лунных реголитов она почему-то отсутствует. Зато в таблице присутствует другая ссылка - на статью Червинского и Соколовой "Петрографическая и химическая характеристика эвкрита Червоный Кут падения 23 июня 1939 года". И здесь всё очень странно: в советской таблице данные по Червоному Куту почему-то взяты не из статьи Червинского и Соколовой (которая под номером 6), а из статьи Виноградова "Предварительные данные о лунном грунте Луны-16" (которая под номером 5). Возможно, в советской таблице всё перепутали, и статья Нефедова (которая якобы должна содержать данные по реголиту А-11 и Л-16) присутствовала в ней по ошибке? А данные по реголиту А-11 и Л-16 вообще не взяты ни из какой-либо ссылки, а исследованы в настоящей статье Виноградова?

США передало в дар СССР два т. н. дисплея с образцами лунных пород, доставленных Аполлоном-11 и Аполлоном-17. Первый (Аполлон-11) хранится в музее космонавтики. Вопрос: где хранится второй дисплей с образцами лунных пород, доставленных в ходе экспедиции Аполлон-17? Подскажите кто знает, весь Интернет перерыл...

Нашел только следующие сведения: дисплей был передан 1 августа 1973 года Временным Поверенным в делах США в Советском Союзе Адольфом Дабсом Председателю Президиума Верховного совета СССР Николаю Подгорному, а также фото с того мероприятия (без дисплея).

Передача дисплея в Нью Йорк Таймс: Notes on People - The New York Times

В марте 2019 года в работе по изучению магнитных свойств A survey of the natural remanent magnetization and magnetic susceptibility of Apollo whole rocks учеными из Франции и США были исследованы 84 кг камней.

История со знаменитым "голландским камнем", до сих пор будоражащая неокрепшие умы некоторых ниспровергателей, по всей видимости, нашла свое начало и конец. Помимо прочего, как уже было указано, например, здесь и здесь, о чем вкратце напомню, что никто и никогда не дарил никаким премьерам никаких камней, плюс, у камня отсутствует какой-либо каталожный номер, выяснились еще прелюбопытные подробности.

Один голландский художник, скульптор и, как это модно сейчас говорить, тролль, Эдо ван Теттероде, отличившийся еще в 1962 году тем, что 1 апреля где-то на побережье Нидерландов нашел вынырнувшую из волн океана статую с острова Пасхи, примерно в то самое время, когда Армстронг и Олдрин топтали лунную поверхность, разослал 150 выдающимся голландским гражданам куски красной базальтовой лавы и записку, что это лунный камень. Об этом он рассказал в интервью газеты De Telegraaf от 18 августа 1969 года. Также ван Теттероде добавил примерно следующее: "Десятки людей тогда и правда решили, что это настоящие камни с Луны. Я намного опередил Никсона!"©

Скрины выделенной части текста и всей статьи (на нидерландском):


Полная статья [показать]


Напомню, что когда давалось это интервью, привезенный лунный грунт еще лежал на карантине, а до визита астронавтов в Нидерланды оставалось два месяца.

Дреес, очень уважаемый деятель в Голландии, просто получил по почте булыжник с запиской "Лунный камень" от шутливого художника. Что тогда решил бывший премьер-министр неизвестно, но дальше все решили, что это и правда камень с Луны, умудрившись выставить его в музее, да еще и как официальный подарок от астронавтов, результатом чего полвека спустя стало разоблачение всей мировой космонавтики. Вот такое получилось веселье.

Взято отсюда.

Новая гипотеза по магнитным свойствам некоторых лунных камней