Команда ученых из Университета науки и технологий Макао (Китай) утверждает, что утечка кислорода с Земли вероятно является причиной превращения железа в гематит (окисленную форму железа Fe2O3) на полюсах Луны. Лабораторное моделирование показало, что это единственное объяснение как большого количества гематита, так и особенностей его распределения на естественном спутнике Земли.
Работа также пролила новый свет на сложный химический обмен между Землей и Луной. «Мы провели серию экспериментов с облучением кислородом и водородом, чтобы смоделировать процессы на лунной поверхности. Наши эксперименты впервые продемонстрировали как образование, так и восстановление минералов гематита», – написала команда, которую возглавил планетолог Сяньди Цзен.
Рецепт образования гематита
Гематит образуется в результате окисления железа, процесса, более известного как ржавление. Этот минерал распространен на Земле. Тем временем у Луны нет атмосферы, только тонкая экзосфера, и она не содержит кислорода. Кроме того, естественный спутник нашей планеты постоянно подвергается бомбардировке потоком водорода из солнечного ветра. Водород является восстановителем, который отдает свои электроны материалам, с которыми взаимодействует. Окисление происходит через потерю электронов. Так что даже если бы на Луне были все необходимые элементы для окисления, солнечный ветер должен был бы его нейтрализовать.
Одно из возможных объяснений присутствия гематита связано с Землей. Солнечный ветер, влияющий на магнитосферу Земли, заставляет ее структуру вытягиваться в направлении, противоположном Солнцу. Этот магнитосферный хвост также содержит частицы, которые вытекают из атмосферы Земли, рассказало издание Science Alert.
Во время полнолуния ионы земного кислорода попадают на естественный спутник Земли, проходя через хвост ее магнитосферы. Пребывание в земной тени означает, что 99 процентов солнечного ветра не могут достичь Луны.
То есть спутник Земли примерно пять дней в месяц подвергается бомбардировке кислородом и сниженной бомбардировке водородом. Это – потенциальный рецепт образования гематита.
Диаграмма, иллюстрирующая конфигурацию Земли, Луны и Солнца, которая может образовывать гематит.
Что продемонстрировал эксперимент?
Во время лабораторного эксперимента исследователи направили ионы кислорода на богатые железом минералы, чтобы имитировать эффект земного ветра в магнитосферном хвосте Земли. В качестве аналогов лунных железных минералов ученые использовали пироксен, оливин, ильменит, троилит и железный метеорит. Они также провели эксперименты с магнетитом (Fe3O4), подтвердив, что этот минерал является промежуточной стадией между металлическим железом и гематитом.
Результаты показали, что ионы кислорода способны окислять металлическое железо, ильменит и троилит. Но для металлического железа этот эффект был значительно сильнее. В то же время железосодержащие силикатные минералы, такие как пироксен и оливин, вообще не образовывали гематит, что свидетельствует о выборочности процесса.
«Наши экспериментальные результаты убедительно свидетельствуют, что гематит может образовываться на поверхности Луны под воздействием ионов кислорода. Земной ветер – основное источник энергичных ионов кислорода на Луне – действует как окислитель, вызывая окисление различных минералов, таких как металлическое железо и железосодержащие оксиды и сульфиды, распространенные в лунном реголите», – написали исследователи в отчетной статье.
На их взгляд, хотя эти железосодержащие минералы и встречаются в виде микрочастиц или небольших кристаллов в лунном реголите, они могут подвергаться прямому окислению под воздействием земного ветра.
Ученые также отметили, что солнечный ветер не способен обратить вспять процесс ржавления лунного железа, вызванный периодическим притоком земного кислорода. Это также объясняет, почему гематит концентрируется вблизи лунных полюсов: хвост магнитосферы Земли направляет ионы кислорода к высоким широтам, отклоняя при этом многие ионы водорода.
Выводы из исследования опубликовал журнал Geophysical Research Letters.
Фото: Unsplash
