Длительное остывание и дегазирование вулканического стекла Аполлона-17 на поверхности Луны

Почему лунное стекло важно

На Луне крошечные цветные стеклянные шарики содержат подсказки о том, как сформировался наш ближайший сосед, как долго он оставался вулканически активным и даже как кратко мог удерживать тончайшую атмосферу. В этом исследовании внимание сосредоточено на оранжевом вулканическом стекле, доставленном Аполлоном‑17, и поставлен простой, но важный вопрос: как долго эти шарики оставались горячими и выпускали газы после извержения? Ответ изменяет наше представление о лунных извержениях и о том, как вода и другие газы циркулируют на безвоздушной Луне.

Огненные фонтаны на безвоздушном мирове

В отличие от широких лавовых морей, образующих тёмные лунные «мари», некоторые лунные извержения вели себя скорее как гигантские огненные фонтаны, выбрасывающие струи расплавленных капель в космос. По мере охлаждения эти капли превращались в стеклянные шарики ярких цветов, отражающих их химический состав и глубины, из которых они поднялись. Поскольку они происходят из глубоких, примитивных частей лунного мантийного слоя и богаты легко выпаряющимися элементами, эти шарики являются одними из лучших естественных регистраторов внутреннего состава Луны и её скрытых запасов воды и других газов.

Крошечные капсулы с захваченным газом

Образец Аполлона‑17 с номером 74220 особенно ценен, потому что в нём содержатся три связанные типа материалов: стеклянные шарики полностью открытые космосу, узкие застёкшиеся карманы расплава полностью заключённые внутри кристаллов и частично открытые «впадины расплава», соединяющие внутренний расплав с внешней средой. Полностью заключённые карманы сохраняют исходное содержание воды, фтора, хлора и серы до извержения. Частично открытые карманы и открытые шарики демонстрируют прогрессивную утрату этих газов. Сравнивая все три типа, авторы реконструируют, сколько газа вышло и когда. Они обнаружили, что вода и хлор были потеряны более чем на 90 % во многих шариках, значительно больше, чем сера, которая диффундирует медленнее.

Слишком большое дегазирование для короткого полёта

Ранее полагали, что почти вся потеря газов происходила во время «свободного полёта» капель после выброса из жерла — максимум в течение нескольких минут до их падения. Авторы проверили эту идею, используя детальные модели диффузии газов через горячее стекло и их выхода с поверхности по мере охлаждения капель. Они также смоделировали длинную впадину расплава размером около 300 микрометров, проходящую через один кристалл, которая должна сохранять запись скорости перемещения газов вдоль неё. В обоих случаях, чтобы согласовать сильную потерю воды, фтора, хлора и серы, требовались охлаждение и диффузия в течение многих тысяч секунд — значительно дольше, чем позволяет любая реалистичная траектория полёта. Даже щедрые допущения о более быстрой диффузии не сокращали требуемое время до нескольких минут.

Медленное пропекание под лунной пылью

Чтобы разрешить это несоответствие, авторы рассмотрели, что происходит после приземления шариков. Лунный грунт чрезвычайно рыхлый и плохо проводит тепло, поэтому толстый слой горячего стекла, смешанного с пылью, может действовать как теплоизоляция. Тепловые модели показывают, что оранжевое стекло, погребённое всего примерно на 30 сантиметров под поверхностью, могло длительное время находиться поблизости от температуры стеклования — достаточно горячей для медленного перемещения атомов — в течение нескольких лет. Когда авторы добавили к своим моделям третью стадию продолжительного тёплого погребения, позволяя шарикам и впадинам расплава сохраняться около этой температуры в течение примерно трёх лет или дольше, предсказанные потери газов наконец согласовались с измерениями. В этом представлении большая часть дегазирования происходит не в полёте, а во время длительного медленного пропекания под поверхностью.

Длительное лунное дыхание

Исследование делает вывод, что оранжевая стеклянная отложение Аполлона‑17 оставалась горячей и продолжала выпускать газы, такие как вода, сера и галогены, в течение лет после завершения фонтана лавы. Ранее погребённые шарики, вероятно, остывали ещё медленнее, изменяя свою текстуру и вызывая дополнительные потери газа, а затем и повторное поглощение из перекрывающих слоёв. Это означает, что лунные пирокластические отложения не являются кратковременными одноразовыми источниками газов, а представляют собой долговременные излучатели, которые могли способствовать поддержанию тонкой локальной атмосферы и направлять летучие вещества к постоянно затенённым холодным ловушкам Луны. Проще говоря, лунные огненные фонтаны могли перейти в затяжное «выдохание», тихо изменявшее химический состав поверхности долгое время после того, как последние искры угасли.

Цитирование: Ni, P., Zhan, Y. Prolonged cooling and degassing of Apollo 17 volcanic glasses on the lunar surface. Nat Commun 17, 2291 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69087-8

Ключевые слова: лунный вулканизм, пирокластические стеклянные шарики, выпаривание летучих веществ, Аполлон‑17, лунная атмосфера