محيط الصهارة القمرية

📅 آخر تحديث: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣٠ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 4 صور
الموسوعة الحرة
رسم متحرك مبسط لتسلسل تبلور محيط الصهارة القمرية
رسم متحرك يُظهر المقطع العرضي لطبقة أكسيد المغنيسيوم أثناء تبلورها بمرور الوقت. تكون المواد الصلبة الأولى المتكونة (مثل الأوليفين ) أكثر كثافة من الصهارة المحيطة بها، وبالتالي تغوص نحو الداخل. بعد تبلور حوالي 80% من طبقة أكسيد المغنيسيوم، تبدأ المواد الصلبة الأقل كثافة (مثل البلاجيوكلاز ) بالتشكل والطفو نحو السطح، مُشكلةً القشرة البدائية للقمر.

محيط الصهارة القمرية ( LMO ) هو طبقة من الصخور المنصهرة يُفترض وجودها على سطح القمر . ويُرجح أن هذا المحيط كان موجودًا منذ تكوين القمر (قبل حوالي 4.5 أو 4.4 مليار سنة [ 1 ] ) وحتى عشرات أو مئات الملايين من السنين بعد ذلك. كان محيط الصهارة القمرية نتيجة ديناميكية حرارية لتكوين القمر السريع نسبيًا في أعقاب اصطدام هائل بين الأرض البدائية وجسم كوكبي آخر. ومع تراكم حطام القمر الناتج عن هذا الاصطدام، تحولت طاقة الوضع الجاذبية إلى طاقة حرارية . ونظرًا لسرعة تراكم حطام القمر (في غضون شهر إلى سنة تقريبًا) [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]، احتُجزت الطاقة الحرارية لعدم وجود وقت كافٍ لإشعاعها حراريًا عبر سطح القمر. ويُفسر التطور الكيميائي الحراري اللاحق لمحيط الصهارة القمرية قشرة القمر الأنورثوزيتية في الغالب، وشذوذ اليوروبيوم ، ومادة KREEP .

اقترحت مجموعتان فرضية أنور القمر القمري (LMO) في عام 1970 بعد تحليل شظايا صخور الأنورثوزيت التي عُثر عليها في عينة أبولو 11. [ 5 ] [ 6 ] استخدم وود وزملاؤه شظايا من العينة 10085 في تحليلاتهم. [ 7 ] تتكون صخور الأنورثوزيت الحديدي (FAN) التي عُثر عليها خلال برنامج أبولو بشكل أساسي (أكثر من 90%) من معدن البلاجيوكلاز . [ 8 ] وبشكل أكثر تحديدًا، تتكون صخور الأنورثوزيت الحديدي الموجودة على سطح القمر من الطرف الكالسيومي (Ca) للبلاجيوكلاز (أي الأنورثيت ). [ 9 ] يشير هذا إلى أن الطبقات العليا من القمر على الأقل كانت منصهرة في الماضي نظرًا لنقاء صخور الأنورثوزيت القمرية وحقيقة أن الأنورثيت يتميز عمومًا بدرجة حرارة تبلور عالية. [ 10 ]

صخرة أنورثوزيت حديدية قمرية من أبولو 16
صخرة المروحة القمرية من أبولو 16 ( العينة 60025 ).

الحالة الابتدائية

رسم بياني شريطي يوضح سبعة تقديرات منشورة للتركيب الكيميائي الأولي لمحيط الصهارة القمرية حسب النسبة المئوية الوزنية
سبعة تقديرات منشورة (AG) للتركيب الكيميائي الأولي لغشاء القمر، مُوضحة كنسبة مئوية وزنية. لم تُعرض المكونات الثانوية مثل ثاني أكسيد التيتانيوم (TiO₂) وأكسيد الكروم (Cr₂O₃). [أ] قمر تايلور الكامل من تايلور (1982) [ 11 ] بتعديلات إيلاردو وآخرون ( 2011 ). [ 12 ] [ب] أونيل (1991) [ 13 ] بتعديلات شوينجر وبروير (2018). [ 14 ] [ج] الوشاح العلوي البدائي للقمر من لونغي (2006) [ 15 ] بتعديلات إيلاردو وآخرون (2011). [ 12 ] [د] إلكينز-تانتون وآخرون (2011). [ 16 ] [هـ] مورغان وآخرون (1978). [ 17 ] [و] رينغوود وكيسون (1976). [ 18 ] [ز] وارن (1986). [ 19 ]

توجد ثلاثة معايير مهمة عند دراسة الحالة الأولية لطبقة أكسيد الحديد النانوية: التركيب الكيميائي، والعمق، ودرجة الحرارة. وتحدد هذه المعايير الثلاثة إلى حد كبير التطور الكيميائي الحراري. وتصاحب كل من هذه الشروط الأولية لطبقة أكسيد الحديد النانوية بعض الشكوك. يتكون التركيب الكيميائي الأولي النموذجي من 47.1% SiO₂ ، و33.1% MgO، و12.0% FeO، و4.0% Al₂O₃ ، و3.0% CaO (مع مساهمات طفيفة من جزيئات أخرى )، بالإضافة إلى عمق أولي يبلغ 1000 كيلومتر ودرجة حرارة أساسية تبلغ 1900 كلفن. [ 16 ]

التركيب الكيميائي الأولي والعمق

يُقدَّر التركيب الكيميائي الأولي لغشاء القمر المحيط (LMO) بناءً على التركيب الكيميائي لعينات القمر، بالإضافة إلى التركيب الكيميائي وسماكة قشرة القمر الحالية. ولأغراض النمذجة الحاسوبية، يُحدَّد التركيب الكيميائي الأولي عادةً بنسبة الوزن المئوية بناءً على نظام من الجزيئات الأساسية مثل SiO₂ و MgO وFeO وAl₂O₃ و CaO. يوضح الشكل على اليمين سبعة أمثلة على التركيب الكيميائي الأولي لغشاء القمر المحيط (LMO) من المراجع العلمية. تتشابه هذه التراكيب عمومًا مع تركيب وشاح الأرض، مع الاختلاف الرئيسي في وجود بعض العناصر المقاومة للحرارة (مثلًا، نموذج تايلور للقمر الكامل [ 11 ] ) أو عدم وجودها (مثلًا، نموذج الوشاح العلوي البدائي للقمر [ 15 ] ) .

يتراوح العمق الأولي المقدر لمنطقة التداخل المداري بين 100 كيلومتر ونصف قطر القمر. [ 20 ] [ 16 ] [ 21 ] [ 22 ]

تسلسل التبلور

يعتمد التسلسل الدقيق للمعادن التي تتبلور من الصهارة القمرية على حالتها الأولية (أي التركيب الكيميائي والعمق ودرجة الحرارة). ووفقًا لسلسلة تفاعلات بوين المثالية ، يُتوقع عمومًا أن يتبلور الأوليفين أولًا، يليه الأورثوبيروكسين . هذه المعادن أكثر كثافة من الصهارة المحيطة بها، وبالتالي تغوص متراكمةً إلى قاع الصهارة القمرية. وعليه، يُتوقع أن تتصلب الصهارة القمرية في البداية من الأسفل إلى الأعلى. بعد تبلور حوالي 80% من الصهارة القمرية، يتبلور معدن البلاجيوكلاز مع معادن أخرى. تتشكل الصخور القمرية المكونة أساسًا من البلاجيوكلاز (أي الأنورثوزيت) وتطفو نحو سطح القمر، مكونةً قشرته البدائية. [ 6 ] إن بقايا الصهارة المتبقية الموجودة بين الوشاح والقشرة الأنورثوزيتية غنية بالعناصر غير المتوافقة (التي تُفضل الصهارة) مثل البوتاسيوم (K) والعناصر الأرضية النادرة (REE) والفوسفور (P)، والتي تصلبت لتشكل ما يُعرف بطبقة urKREEP . [ 23 ]

مدة

ربما استمر الغلاف الجوي القمري لعشرات إلى مئات الملايين من السنين بعد تكوّن القمر. ويُقدّر أن القمر قد تشكّل بين 52 و152 مليون سنة بعد تكوّن شوائب غنية بالكالسيوم والألومنيوم (CAIs)، وهي أقدم المواد الصلبة المعروفة في النظام الشمسي والتي تُستخدم كمؤشر لعمره البالغ 4.567 مليار سنة. [ 1 ] ولا يزال وقت تكوّن الغلاف الجوي القمري لـ LMO غير مؤكد إلى حد ما.

يمكن الاستدلال على نقاط النهاية من خلال عمر عينة FAN 60025 (4.360 ± 0.003 مليار سنة) والعمر المُقدَّر لـ ur-KREEP (4.368 ± 0.029 مليار سنة). [ 24 ] إذا تشكّل القمر مبكرًا (أي بعد 52 مليون سنة من تشكّل النظام الشمسي) وأشارت كلتا العينتين إلى تبلور كامل لطبقة LMO، فإن طبقة LMO كانت ستستمر لحوالي 155 مليون سنة. في هذه الحالة، تُظهر النماذج الحاسوبية أن مصدرًا حراريًا واحدًا أو أكثر (مثل التسخين المدّي) ضروري لإطالة فترة تبلور طبقة LMO. [ 25 ] [ 26 ]

إذا تشكّل القمر متأخرًا (أي بعد 152 مليون سنة من تشكّل النظام الشمسي)، فباستخدام عمر عينة FAN 60025 والعمر المُقدّر لـ ur-KREEP، فإنّ فترة الاستقرار المداري للقمر (LMO) استمرت لحوالي 55 مليون سنة. وهذا يعني أنّ فترة الاستقرار المداري للقمر لم تطول بفعل مصدر حراري إضافي واحد أو أكثر.

جدول زمني لتاريخ القمر المبكر يوضح أوقات تكوين القمر المقدرة بالنسبة لعمر النظام الشمسي وأعمار عينات القشرة القمرية المتاحة
يُشار إلى عمر عينة FAN الأكثر موثوقية بمربع أحمر (أشرطة الخطأ أصغر من العلامة)، ويُشار إلى أفضل تقدير لتكوين طبقة KREEP الأصلية في العمق (أي ur-KREEP) بمثلث سماوي داكن. [ 24 ] تُشير الدوائر الرمادية إلى أقدم [ 27 ] وأحدث [ 28 ] عينات FAN.

في الماضي، استُخدم الفرق العمري بين أقدم وأحدث عينات FAN لتحديد مدة LMO. إلا أن هذه الطريقة كانت إشكالية نظرًا للأخطاء الكبيرة في تحديد أعمار العينات، ولأن بعض أعمار العينات قد أُعيد ضبطها بفعل الاصطدامات. على سبيل المثال، أقدم عينة FAN هي 67016 بعمر Sm-Nd يبلغ 4.56 ± 0.07 مليار سنة [ 27 ] ، وأحدثها هي 62236 بعمر Sm-Nd يبلغ 4.29 ± 0.06 مليار سنة [ 28 ] . الفرق بين هذين العمرين هو 270 مليون سنة. وهذا يعني مجددًا أن LMO كان له مصدر حرارة إضافي، مثل التسخين المدّي [ 25 ] .

تشير تحليلات الزركون لعينات أبولو 14 إلى أن القشرة القمرية تمايزت قبل 4.51 ± 0.01 مليار سنة، مما يدل على تكوين القمر بعد 50 مليون سنة من بداية النظام الشمسي. [ 29 ]

نماذج بديلة

يُعد نموذج الماغماتية التسلسلية أحد النماذج البديلة لنموذج LMO . [ 30 ] [ 31 ]

مراجع

  1. 1 2 توبول، ماثيو؛ كلاين، ثورستن؛ بوردون، برنارد؛ بالم، هربرت؛ ويلر، راينر (فبراير 2009). "نظائر التنجستن في الأنورثوزيت الحديدي: دلالات على عمر القمر وعمر محيط الصهارة الخاص به". إيكاروس . 199 (2): 245-249 . Bibcode : 2009Icar..199..245T . doi : 10.1016/j.icarus.2008.11.018 . ISSN 0019-1035 . 
  2. ↑ إيدا، شيغيرو؛ كانوب، روبن م .؛ ستيوارت، غلين ر. (سبتمبر 1997). "تراكم المادة القمرية من قرص ناتج عن اصطدام". مجلة نيتشر . 389 (6649): 353-357 . Bibcode : 1997Natur.389..353I . doi : 10.1038/38669 . ISSN 0028-0836 . S2CID 19073356 .  
  3. ↑ كوكوبو، إي (ديسمبر 2000). "تطور قرص محيط بالأرض وتكوين قمر واحد". إيكاروس . 148 (2): 419-436 . Bibcode : 2000Icar..148..419K . doi : 10.1006/icar.2000.6496 .
  4. ↑ تاكيدا، تاكاكي؛ إيدا، شيغيرو (10-10-2001). "انتقال الزخم الزاوي في قرص قمري أولي" . المجلة الفيزيائية الفلكية . 560 (1): 514-533 . arXiv : astro-ph/0108133 . Bibcode : 2001ApJ...560..514T . doi : 10.1086/322406 . ISSN 0004-637X . S2CID 119060440 .  
  5. ↑ سميث، جيه في؛ أندرسون، إيه تي؛ نيوتن، آر سي؛ أولسن، إي جيه؛ ويلي، بي جيه (يوليو 1970). "نموذج بترولوجيا للقمر قائم على نشأة الصخور، وعلم الصخور التجريبي، والخصائص الفيزيائية". مجلة الجيولوجيا . 78 (4): 381-405 . Bibcode : 1970JG.....78..381S . doi : 10.1086/627537 . ISSN 0022-1376 . S2CID 129018519 .  
  6. وود ، جيه إيه؛ ديكي، جيه إس؛ مارفن، يو بي؛ باول، بي إن (30 يناير 1970). "الجسيمات القمرية غير المتناظرة". مجلة ساينس . 167 (3918): 602-604 . رمز Bibcode : 1970Sci...167..602W . doi : 10.1126/science.167.3918.602 . ISSN 0036-8075 . PMID 17781512. S2CID 20153077 .   
  7. ↑ "وصف عينة أبولو" . curator.jsc.nasa.gov . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-09-2019 .
  8. ↑ "PSRD: أقدم صخور القمر" . www.psrd.hawaii.edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 27-09-2019 .
  9. ↑ داوتي، إريك؛ برينز، مارتن؛ كيل، كلاوس (نوفمبر 1974). "أنورثوزيت فيروان: نوع صخري قمري واسع الانتشار ومميز". رسائل علوم الأرض والكواكب . 24 (1): 15-25 . Bibcode : 1974E & PSL..24...15D . doi : 10.1016/0012-821x(74)90003-x . ISSN 0012-821X . 
  10. ^ رينولدز ، ستيفن ج. (12/01/2015). استكشاف الجيولوجيا . شو، سينثيا سي. ( الطبعة الرابعة). نيويورك، نيويورك. ص. 123. ردمك   9780078022920. OCLC 892304874 . {{cite book}}: CS1 maint: موقع الناشر مفقود ( رابط )
  11. 1 2 تايلور، ستيوارت (1982). علم الكواكب: منظور قمري . معهد القمر والكواكب.
  12. 1 2 إلاردو، ستيفن م.؛ دريبر، ديفيد س.؛ شيرر، تشارلز ك. (يونيو 2011). "إعادة النظر في تبلور محيط الصهارة القمرية: التركيب الكلي، والمعادن التراكمية المبكرة، ومناطق مصدر مجموعة المغنيسيوم في المرتفعات" . مجلة جيوكيميكا إت كوزموكيميكا أكتا . 75 (11): 3024-3045 . رمز Bibcode : 2011GeCoA..75.3024E . doi : 10.1016/j.gca.2011.02.033 . ISSN 0016-7037 . 
  13. ↑ أونيل، هـ. سانت سي (أبريل 1991). "أصل القمر والتاريخ المبكر للأرض - نموذج كيميائي. الجزء 1: القمر". مجلة جيوكيميكا إت كوزموكيميكا أكتا . 55 (4): 1135-1157 . رمز Bibcode : 1991GeCoA..55.1135O . doi : 10.1016/0016-7037(91)90168-5 . ISSN 0016-7037 . 
  14. ↑ شوينجر، س.؛ بروير، د. (2018-12-01). "نمذجة التطور الكيميائي الحراري لمحيط الصهارة القمرية باستخدام برامج التبلور الناري". ملخصات اجتماع الخريف للاتحاد الجيوفيزيائي الأمريكي . 31 : P31G–3778. رمز Bibcode : 2018AGUFM.P31G3778S .
  15. 1 2 لونغي، جون (ديسمبر 2006). "نشأة صخور الصهارة البحرية البيكريتية: قيود على مدى التمايز القمري المبكر". مجلة جيوكيميكا إت كوزموكيميكا أكتا . 70 (24): 5919-5934 . رمز Bibcode : 2006GeCoA..70.5919L . doi : 10.1016/j.gca.2006.09.023 . ISSN 0016-7037 . 
  16. إلكينز -تانتون، ليندا ت.؛ بورغيس، سيث؛ يين ، تشينغ-تشو (أبريل 2011). "محيط الصهارة القمرية: التوفيق بين عملية التصلب وعلم الصخور القمرية وعلم التسلسل الزمني الجيولوجي". رسائل علوم الأرض والكواكب . 304 ( 3-4 ): 326-336 . Bibcode : 2011E & PSL.304..326E . doi : 10.1016/j.epsl.2011.02.004 . ISSN 0012-821X . 
  17. ↑ مورغان، جون دبليو؛ هيرتوجين، جان؛ أندرس، إدوارد (يونيو 1978). "القمر: التركيب المحدد بواسطة العمليات السديمية". القمر والكواكب . 18 (4): 465-478 . doi : 10.1007/bf00897296 . ISSN 0165-0807 . S2CID 122394276 .  
  18. ↑ رينغوود، أ. إي.؛ كيسون، س. إي. (1976-04-01). "نموذج ديناميكي لتكوين صخور البازلت في البحار القمرية". وقائع مؤتمر علوم القمر والكواكب . 7 : 1697-1722 . رمز Bibcode : 1976LPSC....7.1697R .
  19. ↑ وارن، بول هـ. (30 مارس 1986). "استيعاب الأنورثوزيت وأصل ثنائية النمط المرتبطة بالمغنيسيوم/الحديد في صخور القمر الأصلية: دعم لفرضية الغلاف البركاني". مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الأرض الصلبة . 91 (ب4): 331-343 . رمز Bibcode : 1986JGR....91D.331W . doi : 10.1029/jb091ib04p0d331 . ISSN 0148-0227 . 
  20. ↑ أندروز-هانا، جيه سي؛ أسمر، إس دبليو؛ هيد، جيه دبليو؛ كيفر، دبليو إس؛ كونوبليف، إيه إس؛ ليموين، إف جي؛ ماتسوياما، آي؛ مازاريكو، إي؛ ماكغفرن، بي جيه (5 ديسمبر 2012). "التداخلات النارية القديمة والتوسع المبكر للقمر كما كشف عنه قياس تدرج الجاذبية بواسطة مركبة GRAIL". مجلة ساينس . 339 (6120): 675-678 . doi : 10.1126/science.1231753 . ISSN 0036-8075 . PMID 23223393. S2CID 18004181 .   
  21. ↑ راب، جيه إف؛ دريبر، دي إس (16 أبريل 2018). "التبلور الجزئي لمحيط الصهارة القمرية: تحديث النموذج السائد" . علم النيازك والكواكب . 53 (7): 1432-1455 . رمز Bibcode : 2018M & PS...53.1432R . doi : 10.1111/maps.13086 . ISSN 1086-9379 . S2CID 134257173 .  
  22. ↑ سولومون، إس سي؛ تشايكن، جيه. (1976-04-01). "التمدد الحراري والإجهاد الحراري في القمر والكواكب الأرضية - دلائل على التاريخ الحراري المبكر". وقائع مؤتمر علوم القمر والكواكب . 7 : 3229-3243 . رمز Bibcode : 1976LPSC....7.3229S .
  23. ↑ إلاردو، ستيفن م.؛ بيترز، كارل م.؛ دينغرا، ديباك؛ حنا، كيري ل. دونالدسون؛ غلوتش، تيموثي د.؛ غرينهاغن، بنجامين ت.؛ غروس، جوليان؛ هيد، جيمس و.؛ جوليف، برادلي ل.؛ كليما، راشيل ل.؛ ماغنا، توماش؛ مكوبين، فرانسيس م.؛ أوتاكي، ماكيكو (2023-12-01). "تطور قشرة القمر" . مراجعات في علم المعادن والكيمياء الجيولوجية . 89 (1): 293-338 . doi : 10.2138/rmg.2023.89.07 . ISSN 1529-6466 . 
  24. بورغ ، لارس إي.؛ غافني، إيمي إم.؛ شيرر، تشارلز ك . (2015). "مراجعة للتسلسل الزمني القمري تكشف عن غلبة الأعمار التي تتراوح بين 4.34 و4.37 مليار سنة". علم النيازك والكواكب . 50 (4): 715-732 . Bibcode : 2015M & PS...50..715B . doi : 10.1111/maps.12373 . ISSN 1945-5100 . OSTI 1249132. S2CID 129888873 .   
  25. 1 2 تشين، إرينا إم إيه؛ نيمو ، فرانسيس (سبتمبر 2016). “تبديد المد والجزر في محيط الصهارة القمرية وتأثيره على التطور المبكر لنظام الأرض والقمر”. ايكاروس . 275 : 132 – 142. بيب كود : 2016Icar..275..132C . دوى : 10.1016/j.icarus.2016.04.012 . ISSN 0019-1035 . 
  26. ↑ بيريرا، فيرانغا؛ جاكسون، آلان ب.؛ إلكينز-تانتون، ليندا ت.؛ أسفوغ، إريك (مايو 2018). "تأثير الحطام المتساقط على تصلب محيط الصهارة القمرية". مجلة البحوث الجيوفيزيائية: الكواكب . 123 (5): 1168-1191 . arXiv : 1804.04772 . Bibcode : 2018JGRE..123.1168P . doi : 10.1029/2017je005512 . hdl : 10150/628510 . ISSN 2169-9097 . S2CID 55542872 .  
  27. 1 2 أليبرت، شانتال؛ نورمان، مارك د.؛ ماكولوتش، مالكولم ت. (يوليو 1994). “عصر Sm-Nd القديم لطبقة أنورثوسيت نوريتية حديدية من بريشيا القمرية 67016”. Geochimica et Cosmochimica Acta . 58 (13): 2921–2926 . بيب كود : 1994GeCoA..58.2921A . دوى : 10.1016/0016-7037(94)90125-2 . ISSN 0016-7037 . 
  28. بورغ ، لارس؛ نورمان، مارك؛ نيكويست، لاري؛ بوغارد، دون؛ سنايدر، غريغ؛ تايلور، لاري؛ ليندستروم، مارلين (أكتوبر 1999). "دراسات نظائرية لعينة أنورثوزيت حديدي 62236: صخرة قشرية قمرية حديثة من مصدر مستنفد من العناصر الأرضية النادرة الخفيفة". مجلة جيوكيميكا إت كوزموكيميكا أكتا . 63 (17): 2679-2691 . رمز Bibcode : 1999GeCoA..63.2679B . doi : 10.1016/s0016-7037(99)00130-1 . ISSN 0016-7037 . 
  29. ↑ باربوني وآخرون. "التكوين المبكر للقمر قبل 4.51 مليار سنة". مجلة ساينس أدفانسز . المجلد 3. العدد 1. يناير 2017. https://doi.org/10.1126/sciadv.1602365
  30. ↑ غروس، ج.؛ تريمان، أ.هـ.؛ ميرسر، س.ن.م. (مارس 2012). "غرق محيط الصهارة القمرية: أدلة جديدة من النيازك وعودة النشاط الصهاري المتسلسل". مؤتمر علوم القمر والكواكب (1659): 2306. رمز Bibcode : 2012LPI....43.2306G .
  31. ↑ غروس، جوليان؛ تريمان، آلان هـ.؛ ميرسر، سيليستين ن. (فبراير 2014). "النيازك الفلسباثية القمرية: قيود على جيولوجيا المرتفعات القمرية، وأصل القشرة القمرية". رسائل علوم الأرض والكواكب . 388 : 318-328 . Bibcode : 2014E & PSL.388..318G . doi : 10.1016/j.epsl.2013.12.006 . ISSN 0012-821X .