V průběhu let se na nás obrátilo mnoho lidí, kteří chtěli vědět, zda kámen, který vlastní, je kámen z Měsíce. Nejčastěji slýcháme, že kámen daroval příbuznému v 70. letech 20. století astronaut, voják nebo bezpečnostní pracovník NASA. Několik takových kamenů jsme chemicky testovali a žádný z nich nebyl měsíčním kamenem. Jiní lidé mají podezření, že našli měsíční meteorit. Žádný z mnoha vzorků, které nám byly zaslány, nebyl měsíčním meteoritem, s výjimkou těch, které pocházely od obchodníků s meteority, od osob, které koupily měsíční meteority od obchodníka, nebo od zkušených hledačů meteoritů, kteří je našli v pouštích severní Afriky nebo Ománu.

Na území Severní Ameriky, Jižní Ameriky ani Evropy nebyl dosud nalezen žádný měsíční meteorit. Nepochybně existují, ale pravděpodobnost nálezu měsíčního meteoritu v prostředí mírného pásu je neuvěřitelně nízká. Mnoho zkušených sběratelů meteoritů již hledalo a žádný zatím neuspěl. Reálně je pravděpodobnost, že amatér najde měsíční meteorit, tak nízká, že nemohu vzbudit velké nadšení při zkoumání tisíců kamenů a fotografií, které jsem byl požádán prozkoumat. Kdybych chtěl sám najít měsíční meteorit, neprohledával bych Mohavskou poušť. Prohlížel bych si sbírky hornin na vysokých školách a univerzitách. Není vyloučeno, že měsíční meteorit existuje někde ve starém šuplíku, protože bystrý student geologie nebo profesor před lety našel podivně vypadající kámen na místě, kam nepatří. Nepřekvapilo by mě, kdyby nějaký “odborník” prohlásil, že hornina není meteorit, protože nevypadá jako běžný chondrit, nepřitahuje magnet nebo neobsahuje vysokou koncentraci niklu. Vizuálně i složením se měsíční meteority “podobají” více pozemským (pozemským) horninám než “normální” meteority (běžné chondrity). Bylo by snadné měsíční meteorit přehlédnout. Zvětralý lunární meteorit by vypadal pozoruhodně nenápadně.

Podívám se zde na některé aspekty měsíční geologie, mineralogie a chemie, které nás vedou při pokusech o identifikaci měsíčního materiálu.

Měsíční mineralogie

Pouze čtyři minerály – plagioklasový živec, pyroxen, olivín a ilmenit – tvoří 98-99 % krystalického materiálu měsíční kůry. (Materiál na povrchu Měsíce obsahuje vysoký podíl nekrystalického materiálu, ale většinu tohoto materiálu tvoří sklo, které vzniklo tavením hornin obsahujících tyto čtyři hlavní minerály). Zbývající 1-2 % tvoří převážně draselný živec, oxidické minerály, jako je chromit, pleonast a rutil, fosforečnany vápníku, zirkon, troilit a kovové železo. Bylo identifikováno mnoho dalších minerálů, ale většina z nich je vzácná a vyskytuje se pouze jako velmi malá zrnka prokládající čtyři hlavní minerály a nelze je vidět pouhým okem.

Některé z nejběžnějších minerálů na povrchu Země jsou vzácné nebo nebyly nikdy nalezeny v měsíčních vzorcích. Patří mezi ně křemen, kalcit, magnetit, hematit, slídy, amfiboly a většina sulfidických minerálů. Mnoho pozemských minerálů obsahuje vodu jako součást své krystalové struktury. Běžným příkladem jsou slídy a amfiboly. Hydrické (vodu obsahující) minerály nebyly na Měsíci nalezeny. Díky jednoduchosti měsíční mineralogie je často velmi snadné s velkou jistotou říci: “Tohle není měsíční hornina.” Tohle není měsíční hornina. Hornina, která obsahuje jako primární minerál křemen, kalcit nebo slídu, nepochází z Měsíce. Některé měsíční meteority ve skutečnosti obsahují kalcit. Kalcit však vznikl na Zemi působením vzduchu a vody po dopadu meteoritu. Kalcit se vyskytuje jako sekundární minerál, který vyplňuje trhliny a dutiny (viz Dhofar 025). Sekundární minerály lze snadno rozpoznat při studiu meteoritu pod mikroskopem.

pyroxen – skupina silikátů hořčíku, železa a vápníku, běžná na Zemi a Měsíci.

klinopyroxen – forma pyroxenu; obvykle obsahuje určité množství vápníku; nejčastěji se vyskytuje v kobylkových bazaltech .

ortopyroxen – Forma pyroxenu; obsahuje málo vápníku; nejčastější v horninách velehor .

olivin – Silikát hořčíku a železa(II); běžný na Zemi a Měsíci .

ilmenit – Oxid železa(II)-titanu; častější v měsíčních bazaltech než v pozemských bazaltech .

feldspar – Skupina hlinitokřemičitanových minerálů; běžná v zemské a měsíční kůře.

plagioklas – Forma živce; hlinitokřemičitan vápenato-sodný .

anorthit – Minerál; na vápník bohatý extrém plagioklasového živce; nejběžnější minerál měsíční kůry, ale ne tak běžný na Zemi.

anorthosit – Hornina tvořená převážně anorthitem.

Měsíční horniny – brekcie

Většina měsíční kůry, ta část, která se nazývá terran živcové vysočiny nebo jednoduše živcová vysočina, se skládá z hornin bohatých na zvláštní odrůdu plagioklasového živce známou jako anortit. V důsledku toho se o horninách měsíční kůry říká, že jsou anortozitové, protože se jedná o horniny bohaté na plagioklasy s názvy jako anortozit, noritický anortozit nebo anortozitický troktolit (viz tabulka níže). Poměr minerálů obsahujících železo k plagioklasu se ve flyšových horninách na většině míst pravděpodobně zvyšuje s hloubkou. Například horniny odkryté v obří impaktní pánvi South Pole – Aitken na odvrácené straně jsou bohatší na pyroxen než typické živcové vyvřeliny.

název horniny	mineralogie
anorthosit	>90 % plagioklasu
noritický anorthosit a anorthositický norit	60-90 % plagioklasu, zbytek převážně ortopyroxen
gabroický anortozit a anortozitické gabro	60-90% plagioklasu, zbytek převážně klinopyroxen
troktolitický anortozit a anortozitický troktolit	60-90% plagioklasu, zbytek převážně olivín
norit	10-60% plagioklasu, zbytek převážně ortopyroxen
gabro	10-60% plagioklasu, zbytek převážně klinopyroxen
troktolit	10-60 % plagioklasu, zbytek převážně olivín

Ve velké části severozápadního kvadrantu blízké strany Měsíce, v oblasti známé jako terran Procellarum KREEP, obsahuje kůra méně plagioklasu a více pyroxenu. Původní horniny této anomální kůry byly pravděpodobně převážně nority a gabra. Živcová kůra Měsíce se začala formovat přibližně před 4,5 miliardami let. Během jejího formování a ještě nějakou dobu poté byla intenzivně bombardována meteoroidy a asteroidy. Horniny měsíční kůry byly některými dopady opakovaně rozlámány a jinými dopady opět slepeny. V důsledku toho je většina hornin z měsíční vyvřeliny brekcií (brech’-chee-uz), což je výraz pro horninu složenou z úlomků starších hornin. Brekcie se vyskytují i na Zemi, ale jsou mnohem méně časté než na Měsíci. Většina pozemských brekcií také nevznikla dopadem meteoroidů, ale zlomy. Měsíční brekcie se dělí do různých kategorií, například na impaktně roztavené, granulitové, sklovité, fragmentární a regolitové brekcie. V impaktně roztavených a sklovitých brekciích jsou úlomky hornin zvané klasty zavěšeny ve ztuhlé (krystalické nebo sklovité) matrici taveniny vzniklé dopadem meteoritu.

Více informací o měsíčních brekciích a pozemských podobných horninách.

V úlomkových a regolitových brekciích je jen malá nebo žádná roztavená část, pouze úlomky, které byly litifikovány (zformovány do horniny) rázovým tlakem při dopadu. Protože brekcie odkazuje na texturu a anortozitická nebo živcová odkazuje na mineralogii, horniny z měsíční vysočiny se různě nazývají anortozitické brekcie, živcové brekcie nebo vysočinské brekcie. Vzhledem k tomu, že měsíční kůra byla tak intenzivně porušena, bylo při misích Apollo nasbíráno jen velmi málo ručně opracovaných hornin, které jsou nebrekciovanými zbytky rané vyvřelé kůry Měsíce. Není tedy překvapením, že všechny měsíční meteority z terranů Feldspathic Highlands a Procellarum KREEP jsou brekcie.

Měsíční horniny – Mare Basalts

Na Zemi mají sopky často tvar kuželovitých hor, protože jsou hromadou popela a lávy vyvržené z vývěru. Lávy jsou viskózní a tuhnou, než se dostanou příliš daleko. Kvůli složení bohatému na železo a nedostatku vody byly měsíční lávy mnohem méně viskózní, spíše jako motorový olej. Když lunární lávy vyvrhovaly na povrch, nevytvářely sopky, prostě tekly a vyplňovaly nízká místa. V důsledku toho jsou měsíční lávové usazeniny ploché, tenké a pokrývají rozsáhlé oblasti. Také proto, že Měsíc nemá atmosféru a malou gravitaci, vyvržený popel se rozptýlil do širokého okolí, místo aby se hromadil v blízkosti vývěru, jako je tomu na Zemi.

Přibližně od období intenzivního bombardování meteority se měsíční plášť částečně roztavil. Vzniklá magmata stoupala kůrou k povrchu a hromadila se v nízkých místech. Tato nízká místa představovaly především obrovské krátery, zvané pánve, které po sobě zanechaly dopady největších meteoritů. Vulkanismus na Měsíci pokračoval přibližně 2 miliardy let.

Výslovnost: Latinské slovo mare se v češtině vyslovuje mar’-ay. Množné číslo slova mare je maria, které se vyslovuje mar’-ee-ah. Čedič se obvykle vyslovuje bah-salt’.

Na Zemi tuhnou sopečné horniny z roztavené lávy (magmatu). Nejběžnějším typem sopečné horniny je čedič. Starověcí astronomové nazývali kulaté, čedičem vyplněné pánve na povrchu Měsíce moři, protože se jednalo o hladké tmavé plochy obklopené oblastmi s vyšší nadmořskou výškou. Tyto útvary dostaly latinské názvy jako Mare Serenitatis, což znamená Moře klidu. Dnes víme, že měsíční maria jsou čedičové proudy, takže horniny maria nazýváme mare bazalty. Kobylné bazalty jsou složeny převážně, z 50-70 %, z pyroxenu, ale všechny obsahují také 20-40 % plagioklasu, až 20 % ilmenitu a příbuzných minerálů bohatých na Ti a 0-20 % olivínu. Maria jsou tmavší než vysočiny, protože (1) kobylkové bazalty jsou bohaté na minerály obsahující železo, (2) minerály obsahující železo jsou tmavě zbarvené a (3) plagioklas je světlý. Na rozdíl od vysočin je většina hornin nasbíraných na mariích astronauty programu Apollo skutečnými bazalty, nikoliv brekciemi složenými z úlomků čediče. Toto pozorování je jedním z několika důvodů, proč víme, že bazalty většinou vznikly až po době intenzivního bombardování. Kobylkové bazalty pokrývají asi 17 % povrchu Měsíce, ale odhaduje se, že tvoří jen asi 1 % objemu kůry.

Protože měsíční meteority jsou vzorky z náhodně rozmístěných míst na povrchu Měsíce a protože většina měsíčního povrchu je živcová, většina měsíčních meteoritů jsou živcové brekcie. Některé jsou krystalické kobylkové bazalty, brekcie složené z kobylkového bazaltu nebo brekcie složené jak z kobylkového, tak z vysočinského materiálu (jako QUE 94281, výše). V několika případech převažuje noritický materiál teránu Procellarum KREEP.

Měsíční kobylkové bazalty, stejně jako bazaltické meteority z Marsu, se velmi podobají bazaltům ze Země. Vzhledem k absenci tavné kůry je na měsíčním kobylkovém bazaltu jen málo věcí, které by vyvolaly velký zájem geologa, jemuž by někdo podal horninu s otázkou “co to je?”. Pečlivé zkoumání pod mikroskopem by mohlo odhalit některé podezřelé rysy – nedostatek některých minerálů a hojnost jiných (ilmenit) nebo nízký obsah sodíku v živci. Zrna minerálů by vykazovala známky nárazů a štěpení po dopadech meteoritů. K prokázání měsíčního nebo marťanského původu by však byly nutné chemické testy.

Úlomkovité a regolitové brekcie jsou nejbližšími měsíčními analogy pozemských sedimentárních hornin a mají určitou texturní podobnost. Existují však četné rozdíly, které téměř všechny souvisejí s nedostatkem vody a větru na Měsíci. Jak bylo uvedeno výše, měsíční horniny neobsahují karbonátové minerály ani hojný křemen jako většina pozemských sedimentárních hornin. Na Měsíci neexistuje žádný účinný třídicí mechanismus, takže litické složky měsíčních brekcií se vyskytují v široké škále velikostí zrn bez preferované velikosti nebo orientace. Měsíční brekcie jsou do značné míry fraktální objekty, které vypadají v příčném řezu podobně bez ohledu na měřítko, v němž jsou pozorovány. (Viz ALHA 81005.) Není známa žádná měsíční hornina, která by měla rysy připomínající vrstvy charakteristické pro pozemské sedimentární horniny. Pozemské sedimentární horniny mají vrstvy, protože Země má gravitaci, takže částice se usazují ve vodě nebo v atmosféře. Měsíc má pouze slabou gravitaci a nemá vodu ani atmosféru.

Většina malých klastů v měsíčních brekciích jsou úlomky plagioklasu nebo anortositu. Poměr stran (délky k šířce) klastů v měsíční brekcii jen zřídka přesahuje hodnotu 3. Většina klastů je hranatá, nikoliv zaoblená. (Výjimky: V měsíčním regolitu (půdě) se vyskytují kuličky vulkanického skla. Takové sféry se někdy vyskytují v regolitových brekciích, ale mají průměr <0,1 mm a nejsou snadno viditelné pouhým okem. Impaktem vzniklé sféry se vyskytují a mohou být velké, ale ve srovnání s úlomky hornin a minerálů nejsou běžné. Impaktem roztavené brekcie mohou obsahovat klasty, které byly částečně roztaveny a které v důsledku toho nejsou hranaté.

Brekcie měsíčních meteoritů jsou dostatečně pevné a soudržné, aby přežily výbuch u Měsíce a tvrdé přistání na Zemi. Mnohé pozemské sedimentární horniny se rozpadají mnohem snadněji. Na rozdíl od některých pozemských konglomerátů, které se podobají měsíčním brekciím, je matrice měsíčních brekcií stejně tvrdá jako klasty. Na rozlámaných nebo vnějších plochách brekciovaných měsíčních meteoritů klasty nevynikají ani v negativním, ani v pozitivním reliéfu.

Kovy a magnetismus

Sběratelé meteoritů vědí, že většina meteoritů přitahuje levný magnet, protože obsahují kov železo a nikl. Nejběžnější typ meteoritů, obyčejné chondrity, skutečně obsahují kov, stejně jako samozřejmě železné meteority. Měsíční kobercové bazalty a původní horniny měsíční vysočiny v podstatě neobsahují žádný kovové železo (mnohem, mnohem méně než 1 %). Brekciované měsíční meteority však obsahují určité množství kovu z asteroidálních meteoritů, které bombardovaly Měsíc. Mezi měsíčními meteority obsahuje nejvíce kovu Dhofar 1527, asi 1,7 %; většina obsahuje mnohem méně. Jinými slovy, měsíční meteority nepřitahují magnety jako většina ostatních druhů meteoritů.

Chemie

Vzhledem k jednoduchosti měsíční mineralogie mají měsíční horniny předvídatelné chemické složení. Téměř veškerý hliník je v plagioklasu a téměř veškeré železo a hořčík jsou v pyroxenu, olivínu a ilmenitu. Na grafu závislosti koncentrace hliníku (Al2O3 na obrázku níže) na koncentraci železa (FeO) plus hořčíku (MgO) se tedy měsíční meteority (a téměř všechny měsíční horniny Apollo) vykreslují podél přímky spojující složení plagioklasu a průměrné složení tří minerálů obsahujících železo, protože to jsou jediné čtyři hlavní minerály v hornině. Pokud se složení horniny nevykresluje podél této přímky, hornina téměř jistě není měsíční horninou.

Na Zemi se koncentrace oxidu křemičitého (SiO2) ve vyvřelých horninách používá jako chemický klasifikační parametr prvního řádu, protože se u různých druhů hornin značně liší. Na Měsíci (1) neexistují horniny bohaté na křemen nebo jiné polymorfní formy oxidu křemičitého*, (2) v dané hornině, zejména v brekciích, je průměrná koncentrace oxidu křemičitého ve třech hlavních minerálech, plagioklasu, pyroxenu a olivínu, přibližně stejná a (3) ve vysokohorských horninách je ilmenit obvykle přítomen jen v malém množství (<3 %), takže koncentrace oxidu křemičitého v běžných měsíčních horninách se liší jen nepatrně. V měsíčních meteoritech se koncentrace SiO2 pohybují v úzkém rozmezí od 43 % do 47 %. Protože se však koncentrace hliníku liší více než trojnásobně, je hliník jako chemický klasifikační parametr užitečnější. (Titan se používá v kobercových bazaltech.) Podobně se mezi téměř všemi běžnými měsíčními horninami koncentrace vápníku liší pouze 2násobně, od 10 % do 20 % ve formě oxidu vápenatého (CaO). To je mnohem menší rozmezí než u pozemských hornin. Hornina s koncentrací oxidu křemičitého nebo vápenatého výrazně mimo tyto rozsahy téměř jistě není měsíční horninou.

* Některé měsíční kobercové bazalty obsahují až 5 % cristobalitu, minerálu oxidu křemičitého. Existují některé vzácné a malé měsíční vzorky s 50-70 % SiO2, protože obsahují tridymit, křemen nebo křemenné sklo. Patří mezi ně felsity, granity a příbuzné horniny bohaté na křemen, jako je křemenný monzodiorit. Existují také horniny, které obsahují <10 % CaO, protože obsahují málo plagioklasu. Patří k nim některé ultramafické horniny, jako je dunit, a některá pikritická vulkanická skla.

V pozemských horninách se železo vyskytuje v oxidačních stavech 2+ i 3+. Na Měsíci se železo vyskytuje v oxidačním stavu 0 (kov) a 2+, i když v měsíčních vyvřelých horninách je téměř všechno železo v oxidačním stavu 2+ (v olivínu, pyroxenu a ilmenitu). Na Měsíci je veškerý mangan rovněž v oxidačním stavu 2+. Protože Fe(II) a Mn(II) mají velmi podobné chemické chování, nedochází při měsíčních geochemických procesech k frakcionaci železa z manganu, jako je tomu na Zemi. V důsledku toho je poměr železa a manganu v měsíčních horninách téměř konstantní, 70, bez ohledu na to, zda horniny pocházejí z maria (vysoký obsah Fe a Mn) nebo z vysočiny (nízký obsah Fe a Mn). Neměsíční meteority mají jiný poměr FeO/MnO než měsíční horniny. Pozemské horniny mají obrovský rozsah poměrů FeO/MnO, ale pro průměrnou pozemskou kůru je tento poměr o něco nižší než na Měsíci.

Prvek chrom je v měsíčních horninách ve větší koncentraci než ve většině pozemských hornin (spodní graf zde). Koncentrace chromu v kobercových bazaltech se pohybuje od 0,14 % do 0,44 % (jako Cr). Dokonce i živcové měsíční meteority s 0,05-0,09 % Cr jsou na chrom podstatně bohatší než průměrná pozemská kůra (~0,01 %).

Koncentrace alkalických prvků (draslíku, sodíku, rubidia a cesia) jsou v měsíčních horninách 10 až 100krát nižší než v pozemských horninách. Pozemské sedimentární horniny často obsahují sulfidické minerály, jako je pyrit. Sulfidické minerály jsou v měsíčních horninách vzácné a prvky jako měď, zinek, arsen, selen, stříbro, rtuť a olovo, které se často vyskytují v sulfidických minerálech, se v měsíčních horninách vyskytují ve velmi malém množství. Nízké koncentrace alkalických prvků a sulfidomilných (chalkofilních) prvků jsou jedním z nejcharakterističtějších rysů měsíčních hornin.

Odd Rocks

Jak bylo uvedeno výše, jsou známy výjimky ze zobecnění a my lunatikové jistě doufáme, že jsme neobjevili všechny minerály a typy hornin, které se na Měsíci vyskytují. Nicméně známé vzorky neobvyklého složení a mineralogie jsou vzácné a obvykle se vyskytují pouze jako malé (<1 gram) klasty v brekciích nebo v půdě. Na základě údajů získaných z oběžné dráhy při misích Clementine a Lunar Prospector nemáme důvod předpokládat, že by se v některé oblasti Měsíce nacházely typy hornin výrazně odlišné od těch, které známe nebo o kterých předpokládáme, že by mohly existovat. Většina rudotvorných procesů na Zemi zahrnuje vodu, takže bychom na Měsíci neočekávali žádná skrytá ložiska rud. Mějte na paměti, že pokud bylo z Měsíce odstřeleno a na Zemi nalezeno více než 400 měsíčních meteoritů, pak se na kterémkoli místě měsíčního povrchu mohou nacházet horniny z jakéhokoli jiného místa. Z tohoto důvodu skutečnost, že měsíční povrch byl “nedostatečně vzorkován” misemi Apollo a Luna, není sama o sobě dobrým důvodem k podezření, že na nezkoumaných místech Měsíce existují horniny značně odlišné od těch, které jsme zkoumali. Od dob misí Apollo byly prozkoumány desítky tisíc měsíčních hornin a skalek. Je velmi nepravděpodobné, že by se jakýkoli dosud nenalezený měsíční meteorit podstatně lišil obsahem minerálů nebo geochemickým charakterem od měsíčních hornin a měsíčních meteoritů z programu Apollo.

Byly zfalšovány

Každý geolog (a byly jich tisíce z celého světa), který studoval měsíční vzorky, ví, že každý, kdo si myslí, že měsíční vzorky z Apolla vznikly na Zemi jako součást vládního spiknutí, toho o horninách mnoho neví. Vzorky z Apolla jsou prostě příliš dobré. Vyprávějí samostatný příběh se složitě propletenou zápletkou, který je lepší než jakýkoli příběh, který by mohl vymyslet jakýkoli konspirátor. Studoval jsem měsíční horniny a půdy více než 50 let a v laboratoři bych nedokázal “vyrobit” ani chabou imitaci měsíční brekcie, měsíční půdy nebo kobylkového čediče. A při vší úctě k mým chytrým kolegům ve vládních laboratořích by to nedokázal ani nikdo z “vlády”, a to ani teď, když víme, jaké jsou měsíční horniny. Měsíční vzorky vykazují známky vzniku v extrémně suchém prostředí v podstatě bez volného kyslíku a s malou gravitací. Některé mají na povrchu impaktní krátery a mnohé vykazují důkazy o souboru nečekaných a komplikovaných efektů spojených s dopady velkých i malých meteoritů. Měsíční horniny a půda obsahují plyny (vodík, helium, dusík, neon, argon, krypton a xenon) pocházející ze slunečního větru s poměrem izotopů odlišným od pozemských vzorků stejných plynů. Obsahují poškození krystalů způsobené kosmickým zářením. Měsíční vyvřelé horniny mají stáří krystalizace určené technikami využívajícími radioizotopy, které je starší než u všech známých pozemských hornin. (Každý, kdo přijde na to, jak to zfalšovat, si zaslouží Nobelovu cenu.) Bylo jednodušší a levnější letět na Měsíc a přivézt nějaké horniny než vytvořit všechny tyto fascinující prvky na Zemi.