Сотрудники лабораторий геохимии Луны и планет и сравнительной планетологии Института геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук (ГЕОХИ РАН) совместно с коллегами из Института космических исследований РАН провели серию лазерных экспериментов, имитирующих удар микрометеорита по породам и минералам, характерным для поверхности Луны: базальту, оливину, пироксену и др. В результате в расплавленных продуктах «удара» обнаружены многочисленные наносферулы металлического железа — так называемое nanophase iron, или npFe⁰.
Нанофазное железо — один из ключевых «следов» космического выветривания на Луне. Оно встречается в конденсатных плёнках на поверхности зёрен и в стеклах агглютинатов — стеклосодержащих частиц реголита, спекшихся при ударных событиях. Именно npFe⁰ заметно влияет на отражательные свойства лунного грунта и в итоге — на то, как Луна и другие безатмосфреные тела солнечной системы выглядят в телескопах и на спектральных снимках. Кроме того, наличие npFe0 в зёрнах реголита Луны позволяют легко спекаться частицам лунного грунта под действием микроволнового излучения. Этот факт важен с точки зрения обеспыливания поверхности для будущей лунной базы и создания крупногабаритных конструкций на поверхности Луны.
До сих пор обсуждалось, что металлическое железо в реголите появляется главным образом двумя путями: либо за счёт восстановления оксидов железа водородом солнечного ветра, либо при конденсации железа из ударного пара. Однако авторами на основе обширного экспериментального материала предложен третий механизм их формирования, когда наносферулы могут формироваться прямо внутри силикатного расплава, даже когда нет ни «восстановителя» (водорода), ни вклада конденсации из ударно-образованного пара.
Главная идея предлагаемого механизма — термическое восстановление. При кратковременном интенсивном нагреве расплава содержащийся в нём оксид железа (II) может разлагаться, образуя металлическое железо и кислород, который уходит в газовую фазу. При относительно низком парциальном давлении кислорода, решающим «восстанавливающим» фактором становится температура: при нагреве процесс легче идёт в сторону образования металла. В результате железо отделяется от силикатного расплава в виде глобул и наночастиц, а выделившийся кислород формирует пузырьки. Тогда железо выделяется из расплава в виде глобул и наночастиц, а кислород может образовывать пузырьки. Это важно: в эксперименте пузырьки часто соседствуют с россыпями npFe⁰, а похожие нанопоры рядом с наночастицами железа находили и в частицах лунного реголита, и в материале астероида Итокава.
Другим интересным фактом исследования является повеление характерных текстур: наносферулы нередко выстраиваются в цепочки и «россыпи». В оливиновых мишенях их количество напрямую связано с исходным содержанием FeO: чем больше железа в минерале, тем интенсивнее формируются npFe⁰. В отдельных случаях цепочки тянутся вдоль граней быстро кристаллизующегося силикатного расплава — как будто «рисуют» следы течений и/или фронта закалки.
«Сопоставление с СЭМ-изображениями агглютината лунного грунта миссии „Луна-20“ показало: в природных частицах тоже встречаются россыпи и цепочки npFe⁰ (от десятков нанометров до почти микрона). Это делает экспериментальный механизм хорошим кандидатом для объяснения части природных наблюдений. Понимание того, как именно рождается npFe⁰, помогает точнее интерпретировать спектральные данные, оценивать степень космического выветривания и реконструировать историю ударных событий на поверхности Луны и других безатмосферных тел», — прокомментировал научный сотрудник лаборатории геохимии Луны и планет ГЕОХИ РАН Егор Сорокин.
Исследование выполнено при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Результаты опубликованы в журнале «Геохимия».
Источник: пресс-служба Минобрнауки России.