Совместная исследовательская группа Института геохимии Китайской академии наук (IGCAS) и Шаньдунского университета впервые идентифицировала кристаллический гематит (α-Fe₂O₃) и маггемит (γ-Fe₂O₃), образовавшиеся в результате крупного ударного события, в образцах лунного грунта, взятых миссией Chang’e-6 из бассейна Южного полюса — Эйткена (SPA). Это открытие, опубликованное в журнале Science Advances 14 ноября, предоставляет прямые доказательства наличия высокоокисленных материалов на поверхности Луны.
Окислительно-восстановительные реакции
Окислительно-восстановительные реакции являются фундаментальным компонентом формирования и эволюции планет. Тем не менее научные исследования показали, что ни фугативность кислорода в недрах Луны, ни среда на её поверхности не способствуют окислению. В соответствии с этим, многовалентное железо на Луне преимущественно существует в своём двухвалентном (Fe²⁺) и металлическом (Fe⁰) состояниях, что указывает на общее восстановленное состояние. Однако дальнейшие исследования Луны показали, что с помощью орбитальных дистанционных исследований с использованием видимой и ближней инфракрасной спектроскопии было обнаружено широкое присутствие гематита в высокоширотных регионах Луны.
Предыдущие исследования
Ранее исследования образцов Chang’e-5 впервые выявили субмикронный магнетит (Fe₃O₄), образовавшийся в результате удара, и доказательства присутствия Fe³⁺ в импактных стёклах. Эти результаты указывают на то, что на Луне существовали локализованные окислительные среды во время процессов модификации поверхности, вызванных внешними ударами.
Несмотря на прогресс в исследованиях, убедительные минералогические доказательства наличия сильно окисляющих минералов, таких как гематит, на Луне оставались неуловимыми. Кроме того, степень окислительных процессов и распространённость характерных окисленных минералов на лунной поверхности долгое время были предметом интенсивных дискуссий.
Бассейн SPA
Бассейн SPA, один из крупнейших и древнейших ударных бассейнов в Солнечной системе, с чрезвычайно сложными масштабами и частотой ударов, представляет собой идеальную естественную лабораторию для изучения окислительных реакций на поверхности Луны. Успешное возвращение образцов грунта из бассейна SPA в рамках миссии Chang’e-6 в 2024 году предоставило возможность поиска высокоокисленных веществ, образовавшихся в результате крупных ударных событий.
Результаты исследования
Исследовательская группа впервые идентифицировала гематит микронного размера в лунном грунте, собранном миссией Chang’e-6. Используя комбинацию микроэлектронной микроскопии, спектроскопии потерь энергии электронов и рамановской спектроскопии, они подтвердили кристаллическую структуру и уникальные характеристики этих частиц гематита, подтвердив, что минералы являются первичными лунными компонентами, а не земными загрязнителями.
Исследование предполагает, что образование гематита тесно связано с крупными ударными событиями в истории Луны. Экстремальные температуры, генерируемые крупными ударами, испаряли поверхностные материалы, создавая временную парообразную среду с высокой фугативностью кислорода. В то же время этот процесс вызывал десульфуризацию троилита; высвобождающиеся ионы железа окислялись в среде с высокой фугативностью и подвергались парообразному осаждению, образуя кристаллический гематит микронного размера. Этот гематит сосуществует с магнитным магнетитом и маггемитом.
Примечательно, что происхождение широко распространённых магнитных аномалий на поверхности Луны, включая северо-западный бассейн SPA, остаётся малоизученным. Учитывая тесную корреляцию между окислительными процессами и формированием магнитных минералов-носителей, это исследование предоставляет ключевые доказательства на основе образцов для прояснения носителей и эволюционной истории этих лунных магнитных аномалий.
Это исследование бросает вызов давно укоренившемуся представлению о том, что поверхность Луны полностью восстановлена. Оно также предлагает важные ключи для расшифровки эволюции лунных магнитных аномалий и механизмов, лежащих в основе крупных ударных событий, тем самым углубляя наше понимание эволюции Луны.
Предоставлено Китайской академией наук.