На Луне нашли следы вулканов, действовавших 120 миллионов лет назад

Обширные темные области на Луне, которые называют морями, на самом деле ничего общего с водой не имеют. Они сложены вулканическими породами — базальтами. Их образцы получены в ходе советских и американских программ «Луна» и «Апполон». Согласно датировкам, «моря» формировались в течение длительного времени с 4,4 по 2,9 миллиарда лет назад. 

В декабре 2020 года китайский спускаемый аппарат «Чанъэ-5» прилунился в Океане Бурь в западной части видимой стороны Луны, чтобы отобрать образцы реголита. Место посадки было выбрано с учетом относительной молодости лавовых потоков, на которую указывали дистанционные методы наблюдений. Последующий анализ это подтвердил — базальты оказались возрастом 2 миллиарда лет. 

Ученые считали, что на Луне можно встретить и более молодые вулканические породы — менее миллиарда лет. Об этом говорили данные геоморфологии, подсчет кратеров на небольших купольных структурах, нерегулярные пятна базальтов, а также признаки дегазации в области кратера Аристарха в 600 километрах к югу от места посадки «Чанъэ-5». Но все это косвенные признаки, а нужны прямые данные.

В образцах, доставленных «Чанъэ-5», нашли мелкие стеклянные капли. Такие могут образовываться при выплесках насыщенной летучими компонентами магмы и отлагаться на обширных территориях. Однако большинство капель включали нерасплавленные осколки, что указывало на их импактное происхождение. Соответственно встала проблема, отделить именно вулканическое стекло. 

Одна стеклянная гранула размером 10 микрометров, найденная в брекчии, оказалась необычной. В ней повышены содержание MgO и соотношение MgO к Al₂O₃. Со времен миссии «Апполон» известно, что так можно различить образцы ударного и вулканического происхождения. Однако убедительных доказательств до сих пор не было. Китайские ученые вместе с американскими коллегами решили исправить ситуацию. Они нашли порядка 3000 стеклянных капель в образцах «Чанъэ-5», добытых непосредственно с поверхности и бурением. Из них 764 не содержали следов импактного происхождения. Именно их отправили в электронно-зондовый рентгеновский микроанализатор. Результаты опубликованы в Science.

Состав стеклянных капель сильно различался. Так, массовая доля основного компонента — оксида кремния — колебалась от 16,4 до 61,2 процента, оксида магния — от 0,3 до 29,8 процента. Соотношения MgO к Al₂O₃ и CaO к Al₂O₃ также сильно разнилось. У многих гранул обнаружили четкие признаки импактного происхождения. Только 13 стекол были похожи на те, что интерпретировали ранее, как вулканические. Однако авторов смутил большой разброс в содержании никеля, так что для дальнейшего исследования они отобрали только шесть гранул, а после определения изотопного состава серы отбросили еще три. 

В итоге осталось три стеклянные капли, в вулканическом происхождении которых авторы были уверены. Датировка уран-свинцовым методом с помощью масс-спектрометрии вторичных ионов показала, что они сформировались 123 (± 15) миллиона лет назад. Гипотезу омоложения в результате метеоритного удара отбросили как маловероятную. 

Получилось, что эти три стекла гораздо моложе, чем базальты в месте посадки. Кроме того, они отличались от вулканических образцов программы «Апполон» составом — повышенным содержанием Na₂O, K₂O, P₂O₅, редкоземельных элементов, тория (этот набор называют KREEP). Считается, что обогащенные KREEP породы на Луне могли частично расплавляться под действием радиогенного тепла и вызывать вспышки вулканизма.