|
Измерение содержания титана в породах Луны
|
|
|
|
Сегодня Земля и Луна могут выглядеть совершенно по-разному, но в космосе они сформировались в схожих условиях. На самом деле, доминирующая гипотеза гласит, что ранняя Земля была поражена объектом размером с Марс, и именно это гигантское столкновение привело к выделению материала, из которого образовалась Луна. Но в отличие от Земли, на Луне отсутствуют тектонические плиты и атмосфера, способная изменять форму ее поверхности и перерабатывать такие элементы, как кислород, в течение миллиардов лет.
|
|
|
|
В результате на Луне сохранились данные о геологических условиях, которые помогли ей сформироваться, и они могут дать ученым представление о мире, в котором мы живем сегодня. Горные породы, образовавшиеся во время ранней вулканической активности на Луне, дают представление о событиях, произошедших почти 4 миллиарда лет назад. Раскрывая условия, при которых сформировались лунные породы, ученые приближаются к пониманию происхождения нашей собственной планеты.
|
|
|
|
В исследовании, опубликованном в марте 2026 года в журнале Nature Communications, наша команда физиков и геологов исследовала ильменит, минерал, состоящий из железа, титана и кислорода, в лунной породе, кристаллизовавшейся из древней лунной магмы. Мы использовали ультрасовременную электронную микроскопию, чтобы исследовать химический состав титана в этом ильмените, и обнаружили, что около 15% титана несет меньший электрический заряд, чем ожидалось.
|
|
|
|
|
|
|
Значение трехвалентного титана
|
|
|
|
В ильмените атом титана обычно теряет четыре электрона при соединении с кислородом, что приводит к положительному заряду 4+, известному как степень окисления атома. Из изученного нами образца породы, собранного во время миссии "Аполлон-17", мы обнаружили, что часть титана в ильмените на самом деле имеет заряд всего 3+, называемый трехвалентным титаном. Наши измерения содержания трехвалентного титана подтверждают то, о чем геологи давно подозревали: некоторое количество титана в лунном ильмените содержится в состоянии пониженного заряда.
|
|
|
|
Трехвалентный титан образуется только тогда, когда количество кислорода, доступного для химических реакций, невелико. Таким образом, обилие трехвалентного титана в ильмените может свидетельствовать об относительной доступности кислорода в недрах Луны во время формирования породы, около 3,8 миллиарда лет назад.
|
|
|
|
Пока что наша команда внимательно изучила только одну лунную породу, но из опубликованных исследований мы выявили более 500 образцов лунного ильменита, которые могут содержать трехвалентный титан. Изучение этих образцов может раскрыть новые подробности о том, как меняется химический состав Луны в разных местах и в разные периоды времени.
|
|
|
|
В то время как наша работа выявляет связь, основанную на предыдущих исследованиях, взаимосвязь между трехвалентным титаном в ильмените и доступностью кислорода еще не была количественно определена с помощью целенаправленных экспериментальных данных.
|
|
|
|
Проведя эксперименты, которые исследуют эту связь, ильменит может раскрыть больше деталей о недрах Луны. Мы также ожидаем, что эта взаимосвязь применима и к другим планетам и астероидам, которые содержат не так много химически доступного кислорода по сравнению с Землей.
|
|
|
|
Эти методы могут быть использованы для изучения многих лунных пород, собранных во время миссий "Аполлон" более 50 лет назад, а также будущих образцов из предстоящих миссий "Артемида" или камней, собранных с обратной стороны Луны и возвращенных в 2024 году китайской миссией "Чанъэ-6".
|
|
|
|
Один из членов нашей команды планирует использовать свою новую экспериментальную лабораторию для изучения того, как наличие кислорода в магме влияет на содержание трехвалентного титана в ильмените. С помощью экспериментов, подобных этому, которые основаны на наших выводах, мы потенциально могли бы использовать ильменит для реконструкции истории древней лунной магмы.
|
|
|
|
Мы считаем, что будущие исследования лунных пород с использованием передовых научных методов необходимы для выявления химических условий, существующих на древней Луне. Они могут дать ключ не только к ее собственной истории, но и к самым ранним главам прошлого Земли — записям, которые с тех пор были стерты с лица Земли.
|
|
|
|
Источник
|
