Hvordan kan vi vide, at det er en sten fra månen? | Information om meteoritter | Washington University in St. Louis

Mange mennesker har henvendt sig til os i årenes løb for at få at vide, om en sten, de har, er en sten fra Månen. Den mest almindelige historie, vi hører, er, at stenen blev givet til en slægtning i 1970’erne af en astronaut, en militærperson eller en sikkerhedsvagt fra NASA. Vi har kemisk testet flere af disse sten, og ingen af dem har været en månesten. Andre mennesker har mistanke om, at de har fundet en månemeteorit. Ingen af de mange prøver, vi har fået tilsendt, har været en månemeteorit, bortset fra dem fra meteorithandlere, de personer, der har købt månemeteoritter fra en forhandler, eller dem fra erfarne meteoritprospektører, der har fundet dem i ørkenerne i Nordafrika eller Oman.
Der er endnu ikke fundet nogen månens meteorit i Nordamerika, Sydamerika eller Europa. De findes utvivlsomt, men sandsynligheden for at finde en månemeteorit i et tempereret miljø er utrolig lille. Mange erfarne meteoritsamlere har været på udkig, men ingen er endnu lykkedes. Realistisk set er sandsynligheden for, at en amatør finder en månemeteorit, så lille, at jeg ikke kan skabe megen entusiasme for at undersøge de tusindvis af sten og fotos, som jeg er blevet bedt om at undersøge. Hvis jeg selv ville finde en månemeteorit, ville jeg ikke gennemsøge Mojave-ørkenen. Jeg ville kigge i bjergstenskollektioner på universiteter og højere læreanstalter. Det er ikke urimeligt, at der findes en månemeteorit i en gammel skuffe et sted, fordi en skarpsindig geologistuderende eller professor for mange år siden fandt en underligt udseende sten på et sted, hvor den ikke hørte hjemme. Det ville ikke overraske mig at erfare, at en eller anden “ekspert” proklamerede, at stenen ikke var en meteorit, fordi den ikke lignede en almindelig chondrit, den tiltrak ikke en magnet, eller den indeholdt ikke en høj koncentration af nikkel. Både visuelt og sammensætningsmæssigt “ligner” månens meteoritter mere jordiske (jordiske) sten end “normale” meteoritter (almindelige chondritter). Det ville være let at overse en månemeteorit. En forvitret månemeteorit ville se bemærkelsesværdigt ubemærket ud.
Her diskuterer jeg nogle aspekter af månens geologi, mineralogi og kemi, som vejleder os i vores forsøg på at identificere månens materiale.
Månens mineralogi
Kun fire mineraler – plagioklas-feltspat, pyroxen, olivin og ilmenit – udgør 98-99% af det krystallinske materiale i månens skorpe. (Materiale på månens overflade indeholder en høj andel af ikke-krystallinsk materiale, men det meste af dette materiale er glas, der er dannet ved smeltning af bjergarter, der indeholder de fire hovedmineraler). De resterende 1-2% er hovedsageligt kaliumfeltspat, oxidmineraler som chromit, pleonaste og rutil, calciumfosfater, zircon, troilit og jernmetal. Mange andre mineraler er blevet identificeret, men de fleste er sjældne og forekommer kun som meget små korn mellem de fire hovedmineraler og kan ikke ses med det blotte øje.
Nogle af de mest almindelige mineraler på Jordens overflade er sjældne eller er aldrig blevet fundet i måneprøver. Disse omfatter kvarts, calcit, magnetit, hæmatit, micas, amfiboler og de fleste sulfidmineraler. Mange jordiske mineraler indeholder vand som en del af deres krystalstruktur. Micas og amfiboler er almindelige eksempler herpå. Vandholdige (vandholdige) mineraler er ikke blevet fundet på Månen. Månens enkle mineralogi gør det ofte meget let for mig at sige med stor sikkerhed: “Dette er ikke en månesten”. En sten, der indeholder kvarts, calcit eller glimmer som et primært mineral, er ikke fra Månen. Nogle månens meteoritter indeholder faktisk calcit. Calcitten blev dog dannet på Jorden ved, at meteoritten blev udsat for luft og vand, efter at den landede på jorden. Calcit forekommer som et sekundært mineral, der udfylder sprækker og hulrum (se Dhofar 025). Sekundære mineraler er lette at genkende, når meteoritten studeres med et mikroskop.
Månebjergarter – Brekcerier
Det meste af månens skorpe, den del, der kaldes Feldspathic Highlands Terrane eller blot det feltspathiske højland, består af bjergarter, der er rige på en særlig sort af plagioklas-feltspat, kendt som anorthit. Som følge heraf siges bjergarter i måneskorpen at være anorthositiske, fordi de er plagioklasrige bjergarter med navne som anorthosit, noritisk anorthosit eller anorthositisk troktolit (se nedenstående tabel). Forholdet mellem jernholdige mineraler og plagioklas stiger sandsynligvis med dybden i det feldspatiske højland de fleste steder. For eksempel er bjergarter, der er udsat i det gigantiske South Pole – Aitken nedslagsbassin på den fjerneste side, rigere på pyroxen end typiske feldspatiske højlande.
I store dele af den nordvestlige kvadrant af Månens nærside, i det område, der er kendt som Procellarum KREEP-terranen, indeholder skorpen mindre plagioklas og mere pyroxen. De oprindelige bjergarter i denne anomale skorpe var sandsynligvis mest noritter og gabbros. Månens feldspathiske skorpe begyndte at blive dannet for ca. 4,5 milliarder år siden. Mens den blev dannet og i nogen tid derefter blev den udsat for intens bombardement fra meteoroider og asteroider. Stenene i måneskorpen er gentagne gange blevet brudt fra hinanden ved nogle nedslag og limet sammen igen ved andre nedslag. Som følge heraf er de fleste bjergarter fra Månens højland breccias (brech’-chee-uz), et ord for en bjergart, der består af fragmenter af ældre bjergarter. Brekcerier forekommer på Jorden, men de er langt mindre almindelige end på Månen. Desuden er de fleste jordiske brekcerier ikke dannet ved meteoreffekter, men ved forkastninger. Månens brekcerier er inddelt i en række forskellige kategorier som f.eks. nedslagssmelte-, granulitiske, glasagtige, fragmentariske og regolitbrekcerier. I nedslagssmeltede og glasagtige breccias er klippefragmenter, kaldet klaster, ophængt i en størknet (krystallinsk eller glasagtig) smeltematrix, der er dannet ved meteoritnedslag.
Mere information om månens breccias og terrestriske lignende bjergarter.
I fragmenterede breccias og regolitbreccias er der kun en lille eller ingen smeltet del. Der er kun fragmenterede rester, som er blevet lithificeret (dannet til en sten) af stødtrykket fra et nedslag. Fordi breccia henviser til tekstur og anorthositisk eller feltspatisk henviser til mineralogi, kaldes sten fra månens højland på forskellig vis for anorthositiske breccias, feltspatiske breccias eller højlandsbreccias. Fordi måneskorpen er blevet smadret så voldsomt, blev der kun indsamlet meget få sten i håndformat på Apollo-missionerne, som er ubrudte rester af Månens tidlige magmatiske skorpe. Derfor er det ikke overraskende, at alle månens meteoritter fra Feldspathic Highlands Terrane og Procellarum KREEP Terrane er brekcerier.
Måneklipper – Mare Basalts
På Jorden er vulkaner ofte kegleformede bjerge, fordi de er en bunke af aske og lava, der er skudt ud fra en udluftningsåbning. Lavaen er tyktflydende og størkner, før den flyder meget langt. På grund af deres jernrige sammensætning og mangel på vand var månens lavaer meget mindre tyktflydende, mere som motorolie. Når månens lavaer brød ud på overfladen, dannede de ikke vulkaner, men flød blot ud og fyldte lavpunkter. Som følge heraf er månens lavaaflejringer flade, tynde og dækker store områder. Da Månen ikke har nogen atmosfære og ringe tyngdekraft, spredtes den udskudte aske også vidt omkring i stedet for at hobe sig op i nærheden af udløbet, som det er tilfældet på Jorden.
Af omkring den periode, hvor der var intense meteoritbombardementer, smeltede månens kappe delvist. De resulterende magmaer steg op gennem skorpen til overfladen og lagde sig i lavpunkter. Disse lavpunkter var hovedsageligt de enorme kratere, kaldet bassiner, som blev efterladt af nedslag fra de største meteoritter. Månens vulkanisme fortsatte i ca. 2 milliarder år.
Sprogudtryk: Det latinske ord mare udtales mar’-ay på engelsk. Flertalsformen af mare er maria, som udtales mar’-ee-ah. Basalt udtales normalt bah-salt’.
På Jorden størkner vulkanske bjergarter fra smeltet lava (magma). Den mest almindelige type vulkansk sten er basalt. De gamle astronomer kaldte de runde, basaltfyldte bassiner på Månens overflade for have, fordi de var glatte mørke områder, der var omgivet af områder med større højde. Disse områder fik latinske navne som Mare Serenitatis for “Hav af sindsro”. Vi ved nu, at månens maria er basaltstrømme, og derfor kalder vi stenene i maria for mare-basalter. Mare-basalter består hovedsageligt, 50-70 %, af pyroxen, men de indeholder også 20-40 % plagioklas, op til 20 % ilmenit og beslægtede Ti-rige mineraler og 0-20 % olivin. Marerne er mørkere end højlandet, fordi (1) mare-basalter er rige på jernholdige mineraler, (2) jernholdige mineraler er mørkt farvede, og (3) plagioklas er lyst farvet. I modsætning til højlandet er de fleste af de sten, der blev indsamlet på maria af Apollo-astronauterne, egentlige basalter og ikke breccias, der består af basaltfragmenter. Denne observation er en af flere grunde til, at vi ved, at basalterne for det meste er dannet efter tiden for det intense bombardement. Mare-basalter dækker ca. 17 % af Månens overflade, men det anslås, at de kun udgør ca. 1 % af skorpens volumen.
Da månemeteoritter er prøver fra tilfældigt fordelte steder på Månens overflade, og da det meste af Månens overflade er feldspathisk, er de fleste månemeteoritter feldspathiske breccias. Nogle er krystallinske mare-basalter, brekcerier bestående af mare-basalt eller brekcerier bestående af både mare- og højlandsmateriale (som QUE 94281, ovenfor). Nogle få er domineret af noritisk materiale fra Procellarum KREEP terranen.
Måne-mare basalter, såvel som basaltiske meteoritter fra Mars, har en stærk lighed med basalter fra Jorden. I mangel af en fusionsskorpe er der ikke meget ved en måne-mare-basalt, der ville fremkalde stor interesse hos en geolog, der får stenen i hånden af en person, der spørger “hvad er det her?”. En omhyggelig undersøgelse under mikroskopet kan afsløre nogle mistænkelige træk – manglen på visse mineraler og rigeligheden af andre (ilmenit) eller det lave natriumindhold i feldspat. Mineralkornene kan vise tegn på stød og brud fra meteoritnedslag. Der ville dog være behov for kemiske undersøgelser for at bevise, at de stammer fra Månen eller Mars.
Fragment- og regolitbreksiaer er de nærmeste månens analoger til jordiske sedimentære bjergarter, og de har en vis teksturel lighed. Der er dog talrige forskelle, næsten alle forbundet med manglen på vand og vind på Månen. Som nævnt ovenfor indeholder månens bjergarter ikke karbonatmineraler eller rigeligt med kvarts, som de fleste jordiske sedimentære bjergarter gør. Der er ingen effektiv sorteringsmekanisme på Månen, så de stenede komponenter i månens breccias findes i en bred vifte af kornstørrelser, uden nogen foretrukken størrelse eller orientering. Månens brekcerier er i høj grad fraktale objekter, der ligner hinanden i tværsnit, uanset i hvilken skala de ses. (Se ALHA 81005.) Der er ingen kendt månesten, der har noget træk, som ligner de lag, der er karakteristiske for jordiske sedimentære bjergarter. Jordiske sedimentære bjergarter har lag, fordi Jorden har tyngdekraft, så partikler sætter sig i vand eller i atmosfæren. Månen har kun svag tyngdekraft og intet vand eller atmosfære.
De fleste små klumper i månens breccias er fragmenter af plagioklas eller anorthosit. Det er sjældent, at aspektforholdet (længde til bredde) for en klump i en månens breccia overstiger 3. De fleste klumper er kantede, ikke afrundede. (Undtagelser: Der findes vulkanske glaskugler i månens regolit (jord). Sådanne kugler findes undertiden i regolitbrekcerier, men de er <0,1 mm i diameter og er ikke lette at se med det blotte øje. Kugler fra nedslag forekommer og kan være store, men de er ikke almindelige sammenlignet med sten- og mineralfragmenter. Brekcerier fra nedslagssmeltning kan indeholde klumper, der er delvist smeltet, og som derfor ikke er kantede.)
Månemeteoritter fra nedslag er tilstrækkeligt hårde og sammenhængende til, at de har overlevet eksplosionen fra Månen og den hårde landing på Jorden. Mange terrestriske sedimentære bjergarter går meget lettere i stykker. I modsætning til nogle jordiske konglomerater, som ligner månebreksiaer, er matrixen i månebreksiaer lige så hård som klumperne. På brudte eller udvendige overflader af brecciaterede månemeteoritter skiller klasterne sig ikke ud i hverken negativt eller positivt relief.
Metal og magnetisme
Meteoritsamlere ved, at de fleste meteoritter tiltrækker en billig magnet, fordi de indeholder jern-nikkelmetal. Den mest almindelige type meteoritter, de almindelige chondritter, indeholder faktisk metal, ligesom jernmeteoritter naturligvis også gør det. Månens mare basalter og de oprindelige sten fra månens højland indeholder stort set intet jernmetal (meget, meget mindre end 1%). Brecciated månens meteoritter indeholder dog en del metal fra asteroide meteoritter, der har bombarderet Månen. Blandt månens meteoritter indeholder Dhofar 1527 mest metal, ca. 1,7 %; de fleste indeholder meget mindre. Med andre ord tiltrækker månens meteoritter ikke magneter, som de fleste andre slags meteoritter gør.
Kemi
På grund af den enkle mineralogi på månen har månens sten forudsigelige kemiske sammensætninger. Næsten alt aluminium er i plagioklas, og næsten alt jern og magnesium er i pyroxen, olivin og ilmenit. På plottet af aluminiumkoncentrationen (Al2O3 i figuren nedenfor) over for koncentrationerne af jern (FeO) og magnesium (MgO) er månens meteoritter (og næsten alle Apollo-månebjergarter) således placeret langs en linje, der forbinder sammensætningen af plagioklas og den gennemsnitlige sammensætning af de tre jernholdige mineraler, fordi det er de eneste fire hovedmineraler i bjergarten. Hvis sammensætningen af en sten ikke tegner sig langs denne linje, er stenen næsten helt sikkert ikke en månesten.
På Jorden anvendes silica (SiO2)-koncentrationen i magmatiske bjergarter som en kemisk klassifikationsparameter af første orden, fordi den varierer meget mellem forskellige typer bjergarter. På Månen (1) er der ingen bjergarter, der er rige på kvarts eller andre polymorfe silica*, (2) i en given bjergart, især breccias, er den gennemsnitlige koncentration af silica i de tre hovedmineraler, plagioklas, pyroxen og olivin, alle omtrent den samme, og (3) i bjergarter fra højlandet er ilmenit normalt kun til stede i små mængder (<3%), så silica-koncentrationerne i almindelige månesten varierer kun i en lille mængde. I månens meteoritter spænder SiO2-koncentrationerne over et snævert interval fra 43% til 47%. Da aluminium varierer med mere end en faktor 3, er aluminium imidlertid mere nyttigt som en kemisk klassifikationsparameter. (Titanium anvendes i mare basalter.) På samme måde varierer calciumkoncentrationerne blandt næsten alle almindelige månesten kun med en faktor 2, fra 10 % til 20 % som calciumoxid (CaO). Dette er meget mindre end intervallet i terrestriske bjergarter. En sten med silica- eller calciumoxidkoncentrationer, der ligger væsentligt uden for disse intervaller, er næsten helt sikkert ikke en månesten.
I jordiske bjergarter forekommer jern i både 2+ og 3+ oxidationstilstandene. På Månen forekommer jern i oxidationstallene 0 (metal) og 2+, selv om næsten alt jern i månens magmatiske bjergarter er i oxidationstallet 2+ (i olivin, pyroxen og ilmenit). På Månen er alt mangan også i 2+ oxidationstrin. Fordi Fe(II) og Mn(II) har meget ens kemisk adfærd, fraktioneres jern ikke fra mangan under de geokemiske processer på Månen, som det er tilfældet på Jorden. Som følge heraf er forholdet mellem jern og mangan i månens bjergarter næsten konstant på 70, uanset om bjergarterne kommer fra maria (højt Fe- og Mn-indhold) eller fra højlandet (lavt Fe- og Mn-indhold). Ikke-månære meteoritter har andre FeO/MnO-forhold end månesten. Jordens bjergarter har et enormt spektrum af FeO/MnO-forhold, men for den gennemsnitlige jordskorpe er forholdet en smule lavere end på Månen.
Elementet chrom er i større koncentration i månens bjergarter end i de fleste jordiske bjergarter (nederste plot her). Chromkoncentrationerne i mare basalter varierer fra 0,14% til 0,44% (som Cr). Selv de feldspatiske månemeteoritter er med 0,05-0,09% Cr betydeligt rigere på krom end den gennemsnitlige jordskorpe (~0,01%).
Koncentrationerne af alkalielementerne (kalium, natrium, rubidium og cæsium) er 10 til 100 gange lavere i månens bjergarter end i terrestriske bjergarter. Jordiske sedimentære bjergarter indeholder ofte sulfidmineraler som f.eks. pyrit. Sulfidmineraler er sjældne i månens bjergarter, og grundstoffer som kobber, zink, arsenik, selen, sølv, kviksølv og bly, som ofte findes i sulfidmineraler, forekommer i meget små mængder i månens bjergarter. Lave koncentrationer af alkalielementer og sulfidelskende (chalcofile) grundstoffer er et af de mest karakteristiske træk ved månens bjergarter.
Ulige bjergarter
Som nævnt ovenfor er der kendte undtagelser fra generaliseringerne, og vi lunefolk håber bestemt ikke, at vi har opdaget alle de mineraler og bjergarter, der forekommer på Månen. Men kendte prøver af usædvanlig sammensætning og mineralogi er sjældne og forekommer normalt kun som små (<1 gram) klumper i breccias eller i jorden. Vi har ingen grund til at formode, baseret på data fra Clementine- og Lunar Prospector-missionerne i kredsløb, at nogen region på Månen er rig på bjergarter, der er væsentligt forskellige fra dem, vi kender til eller postulerer, at de kan eksistere. De fleste malmdannelsesprocesser på Jorden involverer vand, så vi ville ikke forvente skjulte malmforekomster på Månen. Husk på, at hvis mere end 400 månemeteoritter er blevet sprængt ned fra Månen og fundet på Jorden, så kan der på ethvert punkt på Månens overflade være sten fra ethvert andet punkt. Derfor er den kendsgerning, at månens overflade blev “dårligt undersøgt” af Apollo- og Luna-missionerne, ikke i sig selv en god grund til at formode, at der findes sten, der er meget forskellige fra dem, vi har undersøgt, på steder på månen, hvor der ikke er taget prøver. Siden Apollo-missionerne er der blevet undersøgt titusindvis af månesten og klippestykker. Det er højst usandsynligt, at en endnu ikke fundet månemeteorit vil adskille sig væsentligt fra Apollo-månestenene og månemeteoritterne, hvad angår de mineraler, den indeholder, eller dens geokemiske karakter.
De blev forfalsket
Alle geovidenskabsfolk (og der har været tusinder fra hele verden), som har studeret måneprøver, ved, at enhver, der tror, at Apollo-måneprøverne blev skabt på Jorden som en del af en regeringskonspiration, ikke ved meget om sten. Apollo-prøverne er simpelthen for gode. De fortæller en selvkonsistent historie med et komplekst sammenvævet plot, som er bedre end nogen historie, som nogen konspirator kunne have udtænkt. Jeg har studeret månens sten og jordbund i over 50 år, og jeg kunne ikke “lave” selv en dårlig efterligning af en månens breccia, månens jordbund eller en mare-basalt i laboratoriet. Og med al respekt for mine kloge kolleger i statslige laboratorier, så er der heller ingen i “regeringen”, der kunne gøre det, selv nu hvor vi ved, hvordan månens sten er. Månens prøver viser tegn på, at de er dannet i et ekstremt tørt miljø med stort set ingen fri ilt og ringe tyngdekraft. Nogle har nedslagskratere på overfladen, og mange viser tegn på en række uforudsete og komplicerede virkninger, der er forbundet med store og små meteoritnedslag. Månens sten og jordbund indeholder gasser (hydrogen, helium, nitrogen, neon, argon, krypton og xenon) fra solvinden med isotopforhold, der er forskellige fra jordiske prøver af de samme gasser. De indeholder krystalskader fra kosmisk stråling. Månens magmatiske bjergarter har krystalliseringsaldre, der er bestemt ved hjælp af radioisotoper, som er ældre end nogen kendte bjergarter på Jorden. (Enhver, der finder ud af, hvordan man forfalsker det, er en Nobelpris værdig.) Det var nemmere og billigere at tage til Månen og bringe nogle sten med hjem, end det ville have været at skabe alle disse fascinerende træk på Jorden.

Mange mennesker har henvendt sig til os i årenes løb for at få at vide, om en sten, de har, er en sten fra Månen. Den mest almindelige historie, vi hører, er, at stenen blev givet til en slægtning i 1970’erne af en astronaut, en militærperson eller en sikkerhedsvagt fra NASA. Vi har kemisk testet flere af disse sten, og ingen af dem har været en månesten. Andre mennesker har mistanke om, at de har fundet en månemeteorit. Ingen af de mange prøver, vi har fået tilsendt, har været en månemeteorit, bortset fra dem fra meteorithandlere, de personer, der har købt månemeteoritter fra en forhandler, eller dem fra erfarne meteoritprospektører, der har fundet dem i ørkenerne i Nordafrika eller Oman.

Månemeteorit QUE (Queen Alexandra Range Antarktis ) 94281 – En uinteressant sten, der kunne gå for at være en aske eller et stykke slagger. Den vejede 23 gram, lidt mindre end en ounce. Terningen er 1 cm på hver side. Billedkredit: NASA foto S95-14590

Der er endnu ikke fundet nogen månens meteorit i Nordamerika, Sydamerika eller Europa. De findes utvivlsomt, men sandsynligheden for at finde en månemeteorit i et tempereret miljø er utrolig lille. Mange erfarne meteoritsamlere har været på udkig, men ingen er endnu lykkedes. Realistisk set er sandsynligheden for, at en amatør finder en månemeteorit, så lille, at jeg ikke kan skabe megen entusiasme for at undersøge de tusindvis af sten og fotos, som jeg er blevet bedt om at undersøge. Hvis jeg selv ville finde en månemeteorit, ville jeg ikke gennemsøge Mojave-ørkenen. Jeg ville kigge i bjergstenskollektioner på universiteter og højere læreanstalter. Det er ikke urimeligt, at der findes en månemeteorit i en gammel skuffe et sted, fordi en skarpsindig geologistuderende eller professor for mange år siden fandt en underligt udseende sten på et sted, hvor den ikke hørte hjemme. Det ville ikke overraske mig at erfare, at en eller anden “ekspert” proklamerede, at stenen ikke var en meteorit, fordi den ikke lignede en almindelig chondrit, den tiltrak ikke en magnet, eller den indeholdt ikke en høj koncentration af nikkel. Både visuelt og sammensætningsmæssigt “ligner” månens meteoritter mere jordiske (jordiske) sten end “normale” meteoritter (almindelige chondritter). Det ville være let at overse en månemeteorit. En forvitret månemeteorit ville se bemærkelsesværdigt ubemærket ud.

Vejede småsten fra månemeteorit Nordvest Afrika 11788, 1 cm terning til højre. Hvis jeg fandt et par af disse i min indkørsel, ville jeg ikke give dem et andet blik. Photo credit: Rob Wesel

Her diskuterer jeg nogle aspekter af månens geologi, mineralogi og kemi, som vejleder os i vores forsøg på at identificere månens materiale.

Månens mineralogi

Kun fire mineraler – plagioklas-feltspat, pyroxen, olivin og ilmenit – udgør 98-99% af det krystallinske materiale i månens skorpe. (Materiale på månens overflade indeholder en høj andel af ikke-krystallinsk materiale, men det meste af dette materiale er glas, der er dannet ved smeltning af bjergarter, der indeholder de fire hovedmineraler). De resterende 1-2% er hovedsageligt kaliumfeltspat, oxidmineraler som chromit, pleonaste og rutil, calciumfosfater, zircon, troilit og jernmetal. Mange andre mineraler er blevet identificeret, men de fleste er sjældne og forekommer kun som meget små korn mellem de fire hovedmineraler og kan ikke ses med det blotte øje.

Nogle af de mest almindelige mineraler på Jordens overflade er sjældne eller er aldrig blevet fundet i måneprøver. Disse omfatter kvarts, calcit, magnetit, hæmatit, micas, amfiboler og de fleste sulfidmineraler. Mange jordiske mineraler indeholder vand som en del af deres krystalstruktur. Micas og amfiboler er almindelige eksempler herpå. Vandholdige (vandholdige) mineraler er ikke blevet fundet på Månen. Månens enkle mineralogi gør det ofte meget let for mig at sige med stor sikkerhed: “Dette er ikke en månesten”. En sten, der indeholder kvarts, calcit eller glimmer som et primært mineral, er ikke fra Månen. Nogle månens meteoritter indeholder faktisk calcit. Calcitten blev dog dannet på Jorden ved, at meteoritten blev udsat for luft og vand, efter at den landede på jorden. Calcit forekommer som et sekundært mineral, der udfylder sprækker og hulrum (se Dhofar 025). Sekundære mineraler er lette at genkende, når meteoritten studeres med et mikroskop.

pyroxen – En gruppe af magnesium-jern-kalciumsilikater, almindelig på Jorden og Månen.

clinopyroxen – En form for pyroxen; indeholder typisk en del calcium; mest almindelig i mare basalter .

orthopyroxen – En form for pyroxen; indeholder lidt calcium; mest almindelig i højlandsbjergarter .

olivin – En magnesium-jern(II)-silikat; almindelig på Jorden og Månen .

ilmenit – En jern(II)-titanoxid; mere almindelig i månens basalter end i terrestriske basalter .

feldspat – En gruppe af alumino-silikatmineraler; almindelig i jord- og måneskorpen.

plagioklas – En form for feltspat; et calcium-natrium-alumino-silikat .

anorthit – Et mineral; den calciumrige ekstrem af plagioklas-feltspat; det mest almindelige mineral i Måneskorpen, men ikke så almindeligt på Jorden.

anorthosit – En bjergart, der hovedsagelig består af anorthit.

Månebjergarter – Brekcerier

Stykker af Apollo 16 anorthositprøve 60025. Denne særlige prøve er næsten ren anorthit; der er ingen mørke jernholdige mineraler. Foto: Randy Korotev

Det meste af månens skorpe, den del, der kaldes Feldspathic Highlands Terrane eller blot det feltspathiske højland, består af bjergarter, der er rige på en særlig sort af plagioklas-feltspat, kendt som anorthit. Som følge heraf siges bjergarter i måneskorpen at være anorthositiske, fordi de er plagioklasrige bjergarter med navne som anorthosit, noritisk anorthosit eller anorthositisk troktolit (se nedenstående tabel). Forholdet mellem jernholdige mineraler og plagioklas stiger sandsynligvis med dybden i det feldspatiske højland de fleste steder. For eksempel er bjergarter, der er udsat i det gigantiske South Pole – Aitken nedslagsbassin på den fjerneste side, rigere på pyroxen end typiske feldspatiske højlande.

	stenens navn	mineralogi
anorthosit	>90% plagioklas
noritisk anorthosit og anorthositisk norit	60-90% plagioklas, resten overvejende ortoproxen
gabbroisk anorthosit og anorthositisk gabbro	60-90% plagioklas, resten overvejende clinopyroxen
troktolitisk anorthosit og anorthositisk troktolit	60-90% plagioklas, resten hovedsagelig olivin
	norit	10-60% plagioklas, resten hovedsagelig ortopyroxen
	gabbro	10-60% plagioklas, resten hovedsagelig clinopyroxen
troctolit	10-60% plagioklas, resten mest olivin

I store dele af den nordvestlige kvadrant af Månens nærside, i det område, der er kendt som Procellarum KREEP-terranen, indeholder skorpen mindre plagioklas og mere pyroxen. De oprindelige bjergarter i denne anomale skorpe var sandsynligvis mest noritter og gabbros. Månens feldspathiske skorpe begyndte at blive dannet for ca. 4,5 milliarder år siden. Mens den blev dannet og i nogen tid derefter blev den udsat for intens bombardement fra meteoroider og asteroider. Stenene i måneskorpen er gentagne gange blevet brudt fra hinanden ved nogle nedslag og limet sammen igen ved andre nedslag. Som følge heraf er de fleste bjergarter fra Månens højland breccias (brech’-chee-uz), et ord for en bjergart, der består af fragmenter af ældre bjergarter. Brekcerier forekommer på Jorden, men de er langt mindre almindelige end på Månen. Desuden er de fleste jordiske brekcerier ikke dannet ved meteoreffekter, men ved forkastninger. Månens brekcerier er inddelt i en række forskellige kategorier som f.eks. nedslagssmelte-, granulitiske, glasagtige, fragmentariske og regolitbrekcerier. I nedslagssmeltede og glasagtige breccias er klippefragmenter, kaldet klaster, ophængt i en størknet (krystallinsk eller glasagtig) smeltematrix, der er dannet ved meteoritnedslag.

Mere information om månens breccias og terrestriske lignende bjergarter.

I fragmenterede breccias og regolitbreccias er der kun en lille eller ingen smeltet del. Der er kun fragmenterede rester, som er blevet lithificeret (dannet til en sten) af stødtrykket fra et nedslag. Fordi breccia henviser til tekstur og anorthositisk eller feltspatisk henviser til mineralogi, kaldes sten fra månens højland på forskellig vis for anorthositiske breccias, feltspatiske breccias eller højlandsbreccias. Fordi måneskorpen er blevet smadret så voldsomt, blev der kun indsamlet meget få sten i håndformat på Apollo-missionerne, som er ubrudte rester af Månens tidlige magmatiske skorpe. Derfor er det ikke overraskende, at alle månens meteoritter fra Feldspathic Highlands Terrane og Procellarum KREEP Terrane er brekcerier.

Måneklipper – Mare Basalts

Venstre: Mount Erebus i Antarktis, Jordens sydligste vulkan. Billedtekst: Randy Korotev. Til højre: Basaltfyldte nedslagsbassiner på Månen. Billedtekst: NASA/GSFC/Arizona State University.

På Jorden er vulkaner ofte kegleformede bjerge, fordi de er en bunke af aske og lava, der er skudt ud fra en udluftningsåbning. Lavaen er tyktflydende og størkner, før den flyder meget langt. På grund af deres jernrige sammensætning og mangel på vand var månens lavaer meget mindre tyktflydende, mere som motorolie. Når månens lavaer brød ud på overfladen, dannede de ikke vulkaner, men flød blot ud og fyldte lavpunkter. Som følge heraf er månens lavaaflejringer flade, tynde og dækker store områder. Da Månen ikke har nogen atmosfære og ringe tyngdekraft, spredtes den udskudte aske også vidt omkring i stedet for at hobe sig op i nærheden af udløbet, som det er tilfældet på Jorden.

Af omkring den periode, hvor der var intense meteoritbombardementer, smeltede månens kappe delvist. De resulterende magmaer steg op gennem skorpen til overfladen og lagde sig i lavpunkter. Disse lavpunkter var hovedsageligt de enorme kratere, kaldet bassiner, som blev efterladt af nedslag fra de største meteoritter. Månens vulkanisme fortsatte i ca. 2 milliarder år.

Sprogudtryk: Det latinske ord mare udtales mar’-ay på engelsk. Flertalsformen af mare er maria, som udtales mar’-ee-ah. Basalt udtales normalt bah-salt’.

På Jorden størkner vulkanske bjergarter fra smeltet lava (magma). Den mest almindelige type vulkansk sten er basalt. De gamle astronomer kaldte de runde, basaltfyldte bassiner på Månens overflade for have, fordi de var glatte mørke områder, der var omgivet af områder med større højde. Disse områder fik latinske navne som Mare Serenitatis for “Hav af sindsro”. Vi ved nu, at månens maria er basaltstrømme, og derfor kalder vi stenene i maria for mare-basalter. Mare-basalter består hovedsageligt, 50-70 %, af pyroxen, men de indeholder også 20-40 % plagioklas, op til 20 % ilmenit og beslægtede Ti-rige mineraler og 0-20 % olivin. Marerne er mørkere end højlandet, fordi (1) mare-basalter er rige på jernholdige mineraler, (2) jernholdige mineraler er mørkt farvede, og (3) plagioklas er lyst farvet. I modsætning til højlandet er de fleste af de sten, der blev indsamlet på maria af Apollo-astronauterne, egentlige basalter og ikke breccias, der består af basaltfragmenter. Denne observation er en af flere grunde til, at vi ved, at basalterne for det meste er dannet efter tiden for det intense bombardement. Mare-basalter dækker ca. 17 % af Månens overflade, men det anslås, at de kun udgør ca. 1 % af skorpens volumen.

Apollo 11-basaltprøve 10044 (til venstre) og Apollo 15-basaltprøve 15016. Apollo 15-mare-basalten er vesikulær – den har huller, som engang var gasbobler. De fleste Apollo-basalter er ikke vesikulære, og indtil videre er ingen af de basaltiske månemeteoritter vesikulære. Til venstre er terningen 1 cm, og til højre er terningen 1 tomme på hver side. Billedtekst: NASA

Da månemeteoritter er prøver fra tilfældigt fordelte steder på Månens overflade, og da det meste af Månens overflade er feldspathisk, er de fleste månemeteoritter feldspathiske breccias. Nogle er krystallinske mare-basalter, brekcerier bestående af mare-basalt eller brekcerier bestående af både mare- og højlandsmateriale (som QUE 94281, ovenfor). Nogle få er domineret af noritisk materiale fra Procellarum KREEP terranen.

Måne-mare basalter, såvel som basaltiske meteoritter fra Mars, har en stærk lighed med basalter fra Jorden. I mangel af en fusionsskorpe er der ikke meget ved en måne-mare-basalt, der ville fremkalde stor interesse hos en geolog, der får stenen i hånden af en person, der spørger “hvad er det her?”. En omhyggelig undersøgelse under mikroskopet kan afsløre nogle mistænkelige træk – manglen på visse mineraler og rigeligheden af andre (ilmenit) eller det lave natriumindhold i feldspat. Mineralkornene kan vise tegn på stød og brud fra meteoritnedslag. Der ville dog være behov for kemiske undersøgelser for at bevise, at de stammer fra Månen eller Mars.

Typer af bjergarter på Månen: basalt, anorthosit, breksia og “jord” (regolit).

Fragment- og regolitbreksiaer er de nærmeste månens analoger til jordiske sedimentære bjergarter, og de har en vis teksturel lighed. Der er dog talrige forskelle, næsten alle forbundet med manglen på vand og vind på Månen. Som nævnt ovenfor indeholder månens bjergarter ikke karbonatmineraler eller rigeligt med kvarts, som de fleste jordiske sedimentære bjergarter gør. Der er ingen effektiv sorteringsmekanisme på Månen, så de stenede komponenter i månens breccias findes i en bred vifte af kornstørrelser, uden nogen foretrukken størrelse eller orientering. Månens brekcerier er i høj grad fraktale objekter, der ligner hinanden i tværsnit, uanset i hvilken skala de ses. (Se ALHA 81005.) Der er ingen kendt månesten, der har noget træk, som ligner de lag, der er karakteristiske for jordiske sedimentære bjergarter. Jordiske sedimentære bjergarter har lag, fordi Jorden har tyngdekraft, så partikler sætter sig i vand eller i atmosfæren. Månen har kun svag tyngdekraft og intet vand eller atmosfære.

Hvis en bjergart er lagdelt, så er den ikke fra Månen

De fleste små klumper i månens breccias er fragmenter af plagioklas eller anorthosit. Det er sjældent, at aspektforholdet (længde til bredde) for en klump i en månens breccia overstiger 3. De fleste klumper er kantede, ikke afrundede. (Undtagelser: Der findes vulkanske glaskugler i månens regolit (jord). Sådanne kugler findes undertiden i regolitbrekcerier, men de er <0,1 mm i diameter og er ikke lette at se med det blotte øje. Kugler fra nedslag forekommer og kan være store, men de er ikke almindelige sammenlignet med sten- og mineralfragmenter. Brekcerier fra nedslagssmeltning kan indeholde klumper, der er delvist smeltet, og som derfor ikke er kantede.)

Månemeteoritter fra nedslag er tilstrækkeligt hårde og sammenhængende til, at de har overlevet eksplosionen fra Månen og den hårde landing på Jorden. Mange terrestriske sedimentære bjergarter går meget lettere i stykker. I modsætning til nogle jordiske konglomerater, som ligner månebreksiaer, er matrixen i månebreksiaer lige så hård som klumperne. På brudte eller udvendige overflader af brecciaterede månemeteoritter skiller klasterne sig ikke ud i hverken negativt eller positivt relief.

Såleflader af Apollo 16-prøve 60019 til venstre og månemeteorit MAC (MacAlpine Hills) 88105 til højre. Begge er sammenhængende regolitbreccias. Der er flere ligheder. Klaserne er lysere i farven end matricen. Klasststørrelserne er omtrent de samme (1 cm terning) og varierer i størrelse. Bruddene afviger ikke omkring klumperne – de går igennem dem, som om de ikke var der. I modsætning til som i nogle jordiske sedimentære bjergarter er klasterne ikke “sorteret”, og der er ingen foretrukken orientering af klasterne.

Metal og magnetisme

Meteoritsamlere ved, at de fleste meteoritter tiltrækker en billig magnet, fordi de indeholder jern-nikkelmetal. Den mest almindelige type meteoritter, de almindelige chondritter, indeholder faktisk metal, ligesom jernmeteoritter naturligvis også gør det. Månens mare basalter og de oprindelige sten fra månens højland indeholder stort set intet jernmetal (meget, meget mindre end 1%). Brecciated månens meteoritter indeholder dog en del metal fra asteroide meteoritter, der har bombarderet Månen. Blandt månens meteoritter indeholder Dhofar 1527 mest metal, ca. 1,7 %; de fleste indeholder meget mindre. Med andre ord tiltrækker månens meteoritter ikke magneter, som de fleste andre slags meteoritter gør.

Kemi

På grund af den enkle mineralogi på månen har månens sten forudsigelige kemiske sammensætninger. Næsten alt aluminium er i plagioklas, og næsten alt jern og magnesium er i pyroxen, olivin og ilmenit. På plottet af aluminiumkoncentrationen (Al2O3 i figuren nedenfor) over for koncentrationerne af jern (FeO) og magnesium (MgO) er månens meteoritter (og næsten alle Apollo-månebjergarter) således placeret langs en linje, der forbinder sammensætningen af plagioklas og den gennemsnitlige sammensætning af de tre jernholdige mineraler, fordi det er de eneste fire hovedmineraler i bjergarten. Hvis sammensætningen af en sten ikke tegner sig langs denne linje, er stenen næsten helt sikkert ikke en månesten.

Mange mennesker kontakter mig om sten, som de håber eller tror er meteoritter. Hvis de er urokkelige, foreslår jeg, at de får en kemisk analyse af stenen. Alle “terrestriske sten” i dette plot repræsenterer sten, som folk har fået analyseret. De fleste ligger under måne-meteoritlinjen, fordi de indeholder kvarts eller calcit, som ligger i det nederste venstre hjørne af plottet. Nogle få af de terrestriske sten er placeret på eller i nærheden af månetrendlinjen. Alle disse er magmatiske bjergarter som basalter, der er domineret af pyroxen, olivin og plagioklas. Den samme proces danner basalter på Jorden, Månen og Mars, så de har alle den samme grundlæggende mineralogi og sammensætning. Der kræves andre prøver for at skelne jordbasalter fra planetariske basalter. De tre grønne punkter repræsenterer de tre typer almindelige chondritter (H, L og LL), som hovedsagelig består af olivin, pyroxen og jern-nikkelmetal. Som følge af metallet plotter de ved høj FeO(+MgO). (For geokemikere: “FeO” er total Fe som FeO.)

På Jorden anvendes silica (SiO2)-koncentrationen i magmatiske bjergarter som en kemisk klassifikationsparameter af første orden, fordi den varierer meget mellem forskellige typer bjergarter. På Månen (1) er der ingen bjergarter, der er rige på kvarts eller andre polymorfe silica*, (2) i en given bjergart, især breccias, er den gennemsnitlige koncentration af silica i de tre hovedmineraler, plagioklas, pyroxen og olivin, alle omtrent den samme, og (3) i bjergarter fra højlandet er ilmenit normalt kun til stede i små mængder (<3%), så silica-koncentrationerne i almindelige månesten varierer kun i en lille mængde. I månens meteoritter spænder SiO2-koncentrationerne over et snævert interval fra 43% til 47%. Da aluminium varierer med mere end en faktor 3, er aluminium imidlertid mere nyttigt som en kemisk klassifikationsparameter. (Titanium anvendes i mare basalter.) På samme måde varierer calciumkoncentrationerne blandt næsten alle almindelige månesten kun med en faktor 2, fra 10 % til 20 % som calciumoxid (CaO). Dette er meget mindre end intervallet i terrestriske bjergarter. En sten med silica- eller calciumoxidkoncentrationer, der ligger væsentligt uden for disse intervaller, er næsten helt sikkert ikke en månesten.

* Nogle månebasalter indeholder op til 5% cristobalit, et silicamineral. Der findes nogle sjældne og små måneprøver med 50-70% SiO2, fordi de indeholder tridymit, kvarts eller silicaglas. Disse omfatter felsitter, granitter og beslægtede silikatrige bjergarter som kvartsmonzodiorit. Der findes også bjergarter, der indeholder <10% CaO, fordi de indeholder lidt plagioklas. Disse omfatter nogle ultramafiske bjergarter som dunit og nogle picritiske vulkanglas.

I jordiske bjergarter forekommer jern i både 2+ og 3+ oxidationstilstandene. På Månen forekommer jern i oxidationstallene 0 (metal) og 2+, selv om næsten alt jern i månens magmatiske bjergarter er i oxidationstallet 2+ (i olivin, pyroxen og ilmenit). På Månen er alt mangan også i 2+ oxidationstrin. Fordi Fe(II) og Mn(II) har meget ens kemisk adfærd, fraktioneres jern ikke fra mangan under de geokemiske processer på Månen, som det er tilfældet på Jorden. Som følge heraf er forholdet mellem jern og mangan i månens bjergarter næsten konstant på 70, uanset om bjergarterne kommer fra maria (højt Fe- og Mn-indhold) eller fra højlandet (lavt Fe- og Mn-indhold). Ikke-månære meteoritter har andre FeO/MnO-forhold end månesten. Jordens bjergarter har et enormt spektrum af FeO/MnO-forhold, men for den gennemsnitlige jordskorpe er forholdet en smule lavere end på Månen.

FeO/MnO-forhold i månens meteoritter og sammenligning med Jordens bjergarter, marsmeteoritter og HED-meteoritter (howardit, eucrit, diogenit). FeO/MnO alene kan skelne månens meteoritter fra andre achondritter, men ikke altid fra jordiske bjergarter.

Elementet chrom er i større koncentration i månens bjergarter end i de fleste jordiske bjergarter (nederste plot her). Chromkoncentrationerne i mare basalter varierer fra 0,14% til 0,44% (som Cr). Selv de feldspatiske månemeteoritter er med 0,05-0,09% Cr betydeligt rigere på krom end den gennemsnitlige jordskorpe (~0,01%).

Disse to figurer ligner figurerne ovenfor, men her repræsenterer de fem uudfyldte grønne trekanter fem prøver af påståede månesten, der er omtalt i første afsnit ovenfor (ingen af dem er månesten). Til venstre: Månens meteoritter fra højlandet (uudfyldte blå firkanter) har et konstant forhold mellem thorium og samarium (repræsenteret ved den diagonale blå linje). Månens meteoritter fra maria (udfyldte blå firkanter) har tendens til at have lavere, men lignende forhold. Nogle jordiske prøver har lignende forhold af uforenelige grundstoffer som månens højlandsforhold, men nogle har det ikke. Til højre : Alle måneprøver har meget lave koncentrationer af arsenik sammenlignet med jordiske sten og meteoritter. Bortset fra sjældne felsitter har alle månens bjergarter også lave koncentrationer af kalium sammenlignet med terrestriske bjergarter.

Koncentrationerne af alkalielementerne (kalium, natrium, rubidium og cæsium) er 10 til 100 gange lavere i månens bjergarter end i terrestriske bjergarter. Jordiske sedimentære bjergarter indeholder ofte sulfidmineraler som f.eks. pyrit. Sulfidmineraler er sjældne i månens bjergarter, og grundstoffer som kobber, zink, arsenik, selen, sølv, kviksølv og bly, som ofte findes i sulfidmineraler, forekommer i meget små mængder i månens bjergarter. Lave koncentrationer af alkalielementer og sulfidelskende (chalcofile) grundstoffer er et af de mest karakteristiske træk ved månens bjergarter.

Ulige bjergarter

Som nævnt ovenfor er der kendte undtagelser fra generaliseringerne, og vi lunefolk håber bestemt ikke, at vi har opdaget alle de mineraler og bjergarter, der forekommer på Månen. Men kendte prøver af usædvanlig sammensætning og mineralogi er sjældne og forekommer normalt kun som små (<1 gram) klumper i breccias eller i jorden. Vi har ingen grund til at formode, baseret på data fra Clementine- og Lunar Prospector-missionerne i kredsløb, at nogen region på Månen er rig på bjergarter, der er væsentligt forskellige fra dem, vi kender til eller postulerer, at de kan eksistere. De fleste malmdannelsesprocesser på Jorden involverer vand, så vi ville ikke forvente skjulte malmforekomster på Månen. Husk på, at hvis mere end 400 månemeteoritter er blevet sprængt ned fra Månen og fundet på Jorden, så kan der på ethvert punkt på Månens overflade være sten fra ethvert andet punkt. Derfor er den kendsgerning, at månens overflade blev “dårligt undersøgt” af Apollo- og Luna-missionerne, ikke i sig selv en god grund til at formode, at der findes sten, der er meget forskellige fra dem, vi har undersøgt, på steder på månen, hvor der ikke er taget prøver. Siden Apollo-missionerne er der blevet undersøgt titusindvis af månesten og klippestykker. Det er højst usandsynligt, at en endnu ikke fundet månemeteorit vil adskille sig væsentligt fra Apollo-månestenene og månemeteoritterne, hvad angår de mineraler, den indeholder, eller dens geokemiske karakter.

De blev forfalsket

Alle geovidenskabsfolk (og der har været tusinder fra hele verden), som har studeret måneprøver, ved, at enhver, der tror, at Apollo-måneprøverne blev skabt på Jorden som en del af en regeringskonspiration, ikke ved meget om sten. Apollo-prøverne er simpelthen for gode. De fortæller en selvkonsistent historie med et komplekst sammenvævet plot, som er bedre end nogen historie, som nogen konspirator kunne have udtænkt. Jeg har studeret månens sten og jordbund i over 50 år, og jeg kunne ikke “lave” selv en dårlig efterligning af en månens breccia, månens jordbund eller en mare-basalt i laboratoriet. Og med al respekt for mine kloge kolleger i statslige laboratorier, så er der heller ingen i “regeringen”, der kunne gøre det, selv nu hvor vi ved, hvordan månens sten er. Månens prøver viser tegn på, at de er dannet i et ekstremt tørt miljø med stort set ingen fri ilt og ringe tyngdekraft. Nogle har nedslagskratere på overfladen, og mange viser tegn på en række uforudsete og komplicerede virkninger, der er forbundet med store og små meteoritnedslag. Månens sten og jordbund indeholder gasser (hydrogen, helium, nitrogen, neon, argon, krypton og xenon) fra solvinden med isotopforhold, der er forskellige fra jordiske prøver af de samme gasser. De indeholder krystalskader fra kosmisk stråling. Månens magmatiske bjergarter har krystalliseringsaldre, der er bestemt ved hjælp af radioisotoper, som er ældre end nogen kendte bjergarter på Jorden. (Enhver, der finder ud af, hvordan man forfalsker det, er en Nobelpris værdig.) Det var nemmere og billigere at tage til Månen og bringe nogle sten med hjem, end det ville have været at skabe alle disse fascinerende træk på Jorden.

Maternidad y todo

Hvordan ved vi, at det er en sten fra Månen?