Команда ученых из Института геохимии при Китайской академии наук и Шаньдунского университета впервые идентифицировала кристаллические формы гематита (α-Fe2O3) и маггемита (γ-Fe2O3) в образцах лунного реголита, доставленных миссией "Чанъэ-6" из бассейна Южный полюс – Эйткен. Это открытие служит явным свидетельством присутствия высокоокисленных веществ на лунной поверхности.
Окислительно-восстановительные реакции – ключевой элемент в формировании и развитии планет. Однако результаты научных исследований указывали на то, что ни кислородная летучесть недр Луны, ни условия на ее поверхности не способствуют окислению. Соответственно, многовалентное железо на Луне преимущественно находится в двухвалентном (Fe2+) и металлическом (Fe0) состояниях, что говорит о её общем восстановленном характере. Тем не менее более поздние орбитальные исследования, основанные на спектроскопии видимого и ближнего инфракрасного диапазонов, продемонстрировали широкое распространение гематита в лунных высокоширотных областях.
Кроме того, предыдущие анализы образцов "Чанъэ-5" впервые показали наличие субмикронного магнетита (Fe3O4), сформированного ударными процессами, и следы Fe3+ в импактных стеклах. Данные находки указывают на существование локальных окислительных сред на Луне, возникших в ходе трансформации ее поверхности под воздействием внешних факторов.
Несмотря на достигнутый прогресс, убедительных минералогических доказательств присутствия на Луне сильно окисленных минералов, в первую очередь гематита, до сих пор не было получено. Помимо этого, масштабы окислительных процессов и распространенность характерных окисленных минералов на лунной поверхности долгое время являлись предметом интенсивных дискуссий.
SPA, являясь одним из крупнейших и старейших ударных бассейнов в Солнечной системе с исключительно сложным масштабом столкновений, представляет собой идеальную естественную лабораторию для изучения окислительных реакций на лунной поверхности. Успешная доставка образцов грунта из бассейна SPA миссией "Чанъэ-6" в 2024 году открыла возможности для обнаружения сильно окислённых материалов, образовавшихся в результате мощных ударных событий.
Группа исследователей впервые обнаружила микроскопические частицы гематита в реголите, собранном станцией "Чанъэ-6". Применяя комбинацию микроэлектронной микроскопии, спектроскопии потерь энергии электронов и рамановской спектроскопии, они подтвердили кристаллическую структуру и уникальные особенности распространения этих частиц гематита, подтвердив, что эти минералы являются исконно лунными компонентами, а не результатом земного загрязнения.
Результаты исследования предполагают тесную связь между формированием гематита и крупными ударными событиями в истории Луны. Экстремальные температуры, возникающие при мощных ударах, могли приводить к испарению поверхностного материала, создавая временную парофазную среду с высоким содержанием кислорода. Одновременно этот процесс мог стимулировать десульфуризацию троилита; освободившиеся ионы железа впоследствии окислялись в обогащенной кислородом среде и осаждались из паровой фазы, формируя кристаллический гематит микронного размера. Этот гематит сопутствует ударно-образованному магнетиту и маггемиту.
Примечательно, что природа обширных магнитных аномалий на поверхности Луны, в том числе в северо-западной части бассейна СПА, остается не до конца понятной. Принимая во внимание тесную связь между процессами окисления и образованием минералов-носителей магнитного поля, данное исследование предоставляет важные данные, полученные на основе анализа образцов, для уточнения природы носителей и истории эволюции этих лунных магнитных аномалий.
Это исследование бросает вызов устоявшемуся представлению о полностью восстановленной лунной поверхности. Оно также предоставляет важные сведения для расшифровки эволюции лунных магнитных аномалий и механизмов, лежащих в основе крупномасштабных ударных событий, тем самым углубляя наше понимание эволюции Луны.
Результаты работы опубликованы в журнале Science Advances.
