Насколько сухи лунные камни
25 декабря 2024 г.
В Институте геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского РАН изучены особенности дегазации основных силикатных минералов в интервале температур 200–1000 ºС.
Мотивацией данного исследования послужил значительный интерес к лунным недрам после успехов китайских лунных миссий «Чанъэ». Выяснилось, что Луна не всегда была безнадежно «сухой». В определенные моменты эволюции в ее мантии могла находится вода, газы и летучие соединения. Природа их происхождения до сих пор непонятна и необходимы дополнительные исследования. Как первый шаг, в настоящей работе была изучена дегазация основных силикатных минералов (оливины, пироксены, плагиоклазы), слагающих мантийные породы, близкие по химическому составу лунным морским базальтам. Это позволит лучше оценить запасы ценных ресурсов (вода и летучие соединения) в лунном реголите, которые важны для функционирования и эксплуатации будущей лунной базы. Результаты опубликованы в Solar System Research.
С целью изучения состава газов, связанных с происхождением и удержанием воды и летучих соединений в планетных недрах в ГЕОХИ РАН создана экспериментальная установка для дегазации минералов при высоких температурах. В ней используется прокаливание небольшого объема вещества в реакторе из цельного кварцевого стекла в инертной атмосфере гелия, который также используется в подключенном газовом хроматографе. Закрытая система продувается гелием до исчезновения следов атмосферных газов, что проверялось периодическим отбором газов через шприц с помощью хроматографа и занимало около двух часов. Анализ состава газов происходил на газовом хроматографе «Кристал-Люкс 4000М», который позволяет определять содержание веществ с точностью до миллионных долей (ppm) при установленной градуировке прибора.
Для определения собственной летучести кислорода минералов глубинного происхождения использовалась высокотемпературная установка с двумя твердыми электролитами (на основе окиси циркония, стабилизированной окисью иттрия), созданная в ГЕОХИ РАН к.х.н. Е. В. Жарковой под руководством проф. д.г.-м.н. А. А. Кадика и д.г.-м.н. О. А. Луканина. «Эта установка имеет возможность не только оценить поведение летучести кислорода в различном интервале температур, но и по калибровочной величине электродвижущей силы также достаточно точно прямо измерить ее абсолютную величину. Предварительный химический анализ минералов был проведен на электронном микрозонде Cameca SX100. Использовался ток величиной 10 мА и напряжение 15 кЭв», – прокомментировал старший научный сотрудник лаборатории геохимии углерода им. Э. М. Галимова ГЕОХИ РАН к.ф.-м.н. С. А. Воропаев.
В статье представлены результаты экспериментальных исследований по ступенчатому нагреву (без накопления) с определением состава выделяемых газов методами газовой хроматографии в интервале температур от 200 °С до 1000 °С. Проведено сравнение состава выделяемых газов с фугитивностью кислорода в оливинах. Получены КР- и ИК-спектры как исходных минералов, так и минералов после изотермического отжига при различных температурах. На их основе прослежен ход теплового преобразования кристаллической структуры минералов и получены оценки их устойчивости. Проведено сравнение составов силикатных минералов с образцами лунного грунта, доставленного космической миссией КНР Чанъэ-5.
Источник: ГЕОХИ РАН.