Сергей Викторов - Химия лунного грунта

Большее распространение получила гипотеза о том, что наблюдаемая с Земли поверхность Луны состоит из веществ, возникших в результате разрушения материнских коренных горных пород под действием различных внешних факторов: гипотетической атмосферы, солнечного облучения, перепадов температуры и, может быть, действия воды. Под влиянием этих факторов на Луне должны происходить окисление горных пород и гидролиз минералов, а также ряд других химических превращений. Для протекания этих процессов требуется наличие на Луне воды, свободного кислорода и углекислого газа, которые могли образоваться либо из гипотетической древней лунной атмосферы, либо в результате вулканической деятельности. Опять же наличие в далеком прошлом воды, а также атмосферы на Луне многие ученые считают очень маловероятным, но тем не менее как положительный момент следует отметить, что перепады температур на Луне действительно существуют и должны играть определенную роль в геохимической эволюции лунных пород.

Рассмотрим теперь ряд гипотез, которые основывались на предположении о наличии на Луне пылевого слоя. Согласно одной из них, предложенной американским ученым Т. Голдом, на Луне должен существовать значительный пылевой покров, возникший за счет разрушения горных пород под действием солнечного излучения (из-за разрушения кристаллической решетки минералов) и бомбардировки метеоритов (из-за измельчения коренных пород). В связи с этим лунная пыль по своему химическому составу должна быть в основном аналогичной горным породам, при разрушении которых она образовывалась, но, конечно, с учетом метеоритного вещества.

Предположение о том, что поверхность Луны покрыта пылью, позже подтвердилось. Однако относительно роли Солнца и метеоритов в образовании пылевого слоя на лунной поверхности до сих пор пока нет единого мнения. Интересно в связи с этим отметить схему образования метеоритно-пылевого слоя, предложенную американским ученым Г. Юри. По его мнению, Луна образовалась из холодного метеоритноподобного материала и никогда не была полностью расплавленным телом. Огромную роль в истории Луны сыграли, как считал Г. Юри, ее столкновения в далеком прошлом с гипотетическими планетоподобными телами — планетозималями, в результате чего должно было образоваться большое количество пылевого материала, а также воды и газов (причем процессы расплавления носили локальный характер). На формирование поверхностных слоев значительное влияние, по мнению американского ученого, оказывали метеориты, падение которых на Луну в период ее позднейшей истории сопровождалось взрывными явлениями и переплавлением вещества. В частности, Г. Юри полагал, что круглые лунные «моря» образовались в результате столкновений с планетозималями, и поэтому поверхность «морей» должна состоять из переработанного вещества крупных метеоритных тел, тогда как «материки» и валы кратеров — из горных пород, по составу близких к базальту.

Экспериментальные исследования химического состава лунной поверхности, проведенные в настоящее время, не подтвердили гипотезу Г. Юри — на Луне не обнаружены породы, сходные по своему составу с метеоритами. Однако возможная роль метеоритов в формировании рельефа лунной поверхности сейчас подробно обсуждается. В частности, получила известность «метеоритно-шлаковая» гипотеза строения и происхождения покрова Луны, предложенная и подробно разработанная советским астрономом Н. Н. Сытинской.

Как известно, при каждом падении метеорита на поверхность Луны возникает своеобразный взрыв. Если скорость метеорита (в момент столкновения) составляет несколько десятков километров в секунду, то выделяемое при этом тепло полностью обращает в пар не только сам метеорит, но и часть вещества лунного грунта, находившегося вблизи падения (причем масса испарившегося лунного вещества может в несколько тысяч раз превосходить массу метеорита). По мнению Н. Н. Сытинской, конденсация испарившегося материала должна происходить таким образом, что на месте падения метеорита образуется не пыль, а нечто похожее на гранулы пористой массы — ноздреватые, слипшиеся и спекшиеся образования темного цвета. По своему внешнему виду они должны напоминать шлаки, возникающие на поверхности лавы при ее извержении из земных вулканов (отсюда и название данной гипотезы).

Итак, мы рассмотрели несколько гипотез об образовании, строении и составе лунного грунта. Согласно им поверхность Луны может состоять из самых разнообразных горных пород — от основных до кислых и осадочных (и даже метеоритноподобных). Таким образом, определенного ответа на вопрос, какие химические элементы и в составе каких пород (в земных аналогах) могут встретиться на Луне, существовавшие тогда данные наблюдений и основанные на них гипотезы дать не смогли. Химический состав лунного грунта так и продолжал оставаться загадкой для ученых, решение которой стало возможным лишь после экспериментальных исследований, проведенных с помощью ракетно-космической техники.

Прогресс ракетно-космической техники позволил осуществить желания многих ученых провести непосредственные исследования химического состава вещества лунной поверхности — «почвы» Луны. При этом стали возможны три вида исследований: 1) исследование общих, глобальных характеристик поверхности с помощью приборов, расположенных на искусственных спутниках Луны; 2) непосредственное изучение состава Луны с помощью приборов, доставленных на ее поверхность; 3) анализ образцов лунного грунта, доставленных на Землю.

Что же конкретно предстояло изучить? Во-первых, нужно было определить химический состав вещества лунной поверхности и сравнить его с составом Земли, метеоритов и Солнца. Во-вторых, предстояло исследовать роль внутренних (излияние лавы, движение коры) и внешних (удары метеоритов, солнечное облучение) процессов в создании современного рельефа лунной поверхности, и, конечно же, ученых прежде всего интересовало, похожи ли по своему составу лунные и земные породы.

Классификация типов земных пород, упомянутая выше (см. 1-ю сноску), исходит из различного содержания в этих породах наиболее распространенных химических элементов — кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, серы, калия, кальция, титана и железа, которые называются основными породообразующими элементами (их суммарное содержание в любых земных породах достигает 99 %).

Определение концентраций основных породообразующих элементов позволяет однозначно отнести образец к типу каменных метеоритов или к какому-либо типу земных горных пород. Однако обязательно ли для этого измерять концентрации всех десяти перечисленных элементов? Ведь произвести химический анализ поверхности другого небесного тела — очень сложная научно-техническая задача. Нельзя ли упростить ее и свести число измеряемых элементов к минимально необходимому?