なぜ月の石だとわかるのか？ | ワシントン大学セントルイス校

多くの人が、自分の持っている石が月の石であるかどうかを知りたいと言ってきました。最もよく聞くのは、その石が1970年代に宇宙飛行士、軍人、NASAの警備員から親戚に贈られたものだという話です。私たちはそのような石をいくつか化学的にテストしましたが、月の石であったものはありません。他の人は、月の隕石を見つけたのではないかと疑っています。私たちが送った多くのサンプルは、隕石ディーラー、ディーラーから月の隕石を買った人、またはアフリカ北部やオマーンの砂漠で見つけた経験豊富な隕石探鉱者からのものを除いて、どれも月の隕石ではありませんでした
北米、南米、ヨーロッパではまだ月の隕石は発見されていない。しかし、温暖な地域で月の隕石が見つかる確率は非常に低いのです。多くの経験豊かな隕石コレクターが探しているが、まだ誰も成功していない。現実的に考えて、アマチュアが月の隕石を見つける確率は非常に低く、これまで依頼された何千もの石や写真を調べる気にはあまりなれませんでした。もし、私が自分で月の隕石を見つけようと思ったら、モハベ砂漠を探し回ることはないだろう。大学や専門学校の岩石コレクションに目を通すだろう。地質学の学生や教授が、何年も前に、あるはずのない場所で、おかしな形の石を見つけたからである。しかし、ある「専門家」が、その岩石は普通のコンドライトに似ていない、磁石を引き付けない、高濃度のニッケルを含んでいないなどの理由で、隕石ではないと宣言したと知っても、私は驚かないだろう。月の隕石は、見た目も組成も、通常の隕石（普通コンドライト）よりも地球上の岩石に似ているのです。そのため、月の隕石は見落とされやすいのです。
月の鉱物学
月の地殻の結晶質の98～99％は斜長石、輝石、カンラン石、イルメナイトという4つの鉱物で占められています。 (月表面には非結晶質の物質が多く含まれるが、そのほとんどは4つの主要鉱物を含む岩石が溶けてできたガラスである)。残りの1〜2%は、カリウム長石、クロマイト、プレオナスト、ルチルなどの酸化鉱物、リン酸カルシウム、ジルコン、トロイライト、金属鉄などが主成分である。その他にも多くの鉱物が確認されているが、そのほとんどは希少で、4つの主要鉱物の間にごく小さな粒としてのみ存在し、肉眼では確認できない。
地表で最もよく見られる鉱物は、月のサンプルでは希少であるか一度も見つかっていないものもある。石英、方解石、磁鉄鉱、赤鉄鉱、マイカ、角閃石、そしてほとんどの硫化鉱物がそうである。地球上の多くの鉱物は、結晶構造の一部として水を含んでいる。マイカや角閃石はその代表的な例です。月では含水鉱物は見つかっていない。月の鉱物はシンプルなので、私が自信を持って “これは月の石ではない “と言えることが多いのです。石英、方解石、雲母を主な鉱物として含む岩石は、月で作られたものではありません。月の隕石には方解石を含むものがあります。しかし、その方解石は、隕石が着陸した後、地球上で空気や水にさらされることによって形成されたものです。この方解石は二次鉱物として、割れ目や空隙を埋めるように存在する（ドファール025参照）。
月の地殻の大部分、長石高地テレーンまたは単に長石高地と呼ばれる部分は、斜長石と呼ばれる特定の種類の斜長石に富む岩石で構成されています。そのため、月の地殻の岩石は斜長石に富む岩石であることから、アノーサイト、ノリティックアノーサイト、アノーサイトトロクトライトなどの名称で呼ばれています（下表参照）。長石質高地では、斜長石に対する鉄含有鉱物の割合が、深さとともに増加する場所が多いと思われる。例えば、南極-エイトケンの巨大衝突盆地の奥に露出する岩石は、典型的な長石性高地よりも輝石に富んでいる。
月の裏側の北西四分円の大部分、Procellarum KREEP Terraneと呼ばれる地域では、地殻は斜長石が少なく、輝石が多く含まれています。この異常地殻の原岩は、ほとんどがノライトや斑れい岩であったと考えられる。月の長石質地殻は、約45億年前に形成され始めた。月の地殻は約45億年前に形成され始め、その後しばらくの間、メテオロイドや小惑星から激しい砲撃を受けた。月の地殻の岩石は、ある衝撃でバラバラになり、別の衝撃で再び接着されることを繰り返した。その結果、月の高地にある岩石の多くは角礫岩（かくれきがん）と呼ばれる、古い岩石の破片で構成された岩石になっている。角礫岩は地球上にも存在するが、月ほど多くはない。また、地球上の角礫岩のほとんどは、隕石の衝突ではなく、断層によって形成されたものである。月の角礫岩は、衝突溶融型、花崗岩型、ガラス型、破片型、レゴリス型など、さまざまなカテゴリーに細分化される。インパクトメルトブレッチャやガラス質ブレッチャでは、隕石の衝突によって形成された固化した（結晶性またはガラス質の）メルトマトリックス中に、クラストと呼ばれる岩石の破片が浮遊している。フラグメントブレッチャやレゴリスブレッチャでは、溶融部分はほとんどなく、衝突の衝撃圧で石化（岩石になる）した断片的な破片があるだけである。角礫岩は質感、長石質は鉱物組成を表すので、月の高地の岩石は、長石質角礫岩、長石質角礫岩、高地角礫岩などと呼ばれる。アポロ計画で採取された岩石は、地殻が激しく破壊されているため、初期の火成岩がそのまま残っているような手のひらサイズのものはほとんどない。
月の岩石-マーレベーサルト
地球上で火山が円錐形の山になっているのは、噴出口から噴出した灰と溶岩が積み重なったものであることが多いからです。溶岩は粘性が高く、あまり流れないうちに固まってしまう。月の溶岩は鉄分を多く含み、水分が少ないため、粘性が低く、むしろモーターオイルのような状態でした。月の溶岩が地表に噴出したとき、火山は形成されず、単に流れて低い場所を埋めただけだった。そのため、月の溶岩は平らで薄く、広い範囲に分布しています。また、月には大気がなく重力も小さいため、噴出した灰は地球のように噴出口付近に積もることなく、広く拡散しました。
激しい隕石衝突の時期が始まると、月のマントルが一部融けました。その結果、マグマが地殻を伝って地表に上がってきて、低いところに溜まっていきました。この低い場所は、主に巨大隕石の衝突でできた盆地と呼ばれる巨大なクレーターである。月の火山活動は約20億年続いた。
発音。ラテン語のmareは、英語ではmar’-ayと発音する。 mareの複数形はmariaで、mar’-ee-ahと発音される。
地球上では、火山岩は溶けた溶岩（マグマ）から固まったものです。火山岩の中で最も一般的なものが玄武岩です。月の表面にある玄武岩でできた丸い盆地を、古代の天文学者は「海」と呼びましたが、これは滑らかな暗い部分が標高の高い部分に囲まれているためです。そのため、「マーレ・セレニタティス」というラテン語で「安らぎの海」という名前が付けられた。現在では、月の海は玄武岩流であることが分かっているので、月の海の岩石を「マーレ玄武岩」と呼んでいます。火山性玄武岩の主成分は輝石で50〜70％を占め、斜長石20〜40％、チタン鉄鉱および関連鉱物20％、カンラン石0〜20％などを含む。海成層が高地より暗いのは、(1)海成層は鉄含有鉱物に富み、(2)鉄含有鉱物は暗色、(3)斜長石は明色であるためである。一方、アポロの宇宙飛行士が海底で採取した岩石のほとんどは、玄武岩の破片からなる角礫岩ではなく、実際の玄武岩である。この観測結果は、玄武岩のほとんどが激しい砲撃を受けてから形成されたことを知るいくつかの理由の一つである。
月の隕石は、月面のランダムに分布する場所から採取され、月面のほとんどが長石質であるため、月の隕石のほとんどは長石質の角礫岩である。中には結晶質のメア玄武岩、メア玄武岩からなる角礫岩、あるいはメアと高地の両方の物質からなる角礫岩（上記のQUE 94281のようなもの）もある。
月のメア玄武岩は、火星の玄武岩質隕石と同様に、地球の玄武岩と強い類似性を持っている。このため、地質学者が “これは何だ？”と言って手渡された岩石には、あまり興味をそそられない。顕微鏡で注意深く観察すると、ある種の鉱物を欠き、他の鉱物（チタン鉄鉱）を多く含むことや、長石のナトリウム含有量が少ないことなど、疑わしい点が見つかるかもしれない。また、鉱物の粒には、隕石の衝突による衝撃や破壊の跡が見られるだろう。しかし、月または火星起源を証明するには、化学的検査が必要であろう。
欠片およびレゴリスの角礫岩は地球の堆積岩に最も近い月の類似物で、いくつかの質感が類似している。しかし、多くの相違点があり、そのほとんどは月に水と風がないことに関連している。前述のように、月の岩石には、ほとんどの地上の堆積岩のような炭酸塩鉱物や豊富な石英が含まれていない。そのため、月の角礫岩を構成する石材の粒径は多種多様であり、粒径や方位が優先されることはない。月の角礫岩は、どのような縮尺で見ても断面が同じに見えるフラクタル的なものが多い。 (月の岩石には、地上の堆積岩の特徴である層に似た特徴を持つものは知られていない（ALHA81005参照）。地球の堆積岩は、地球には重力があるため、粒子が水中や大気中に沈降することで層が形成されます。
月の角礫岩の小さなクラストのほとんどは斜長石か斜長石の破片である。月の角礫岩に含まれるクラストのアスペクト比（長さと幅の比）が3を超えることはまれで、ほとんどのクラストは角ばっており、丸みを帯びていない。 (例外あり。月のレゴリス（土壌）には、火山ガラスの球体が存在する。レゴリスの角礫岩の中には、このような球体が見られることがあるが、直径が<0.1mmであり、肉眼では容易に確認できない。衝撃で生成された球体は発生し、大きい場合もあるが、岩石や鉱物の破片に比べれば一般的ではない。衝撃で溶けた角礫岩は、部分的に溶けたために角のない岩片を含むことがある。）
角礫化した月の隕石は、月からの爆発と地球への強着に耐えられるほど丈夫で凝集性がある。地上の多くの堆積岩はもっと簡単にバラバラになります。しかし、月の角礫岩は、地上の角礫岩と異なり、岩石と同じように硬い。
金属と磁気
隕石コレクターは、ほとんどの隕石が鉄ニッケル金属を含んでいるので、安い磁石を引き寄せることを知っている。最も一般的な隕石である普通コンドライトは、もちろん鉄隕石と同様に、確かに金属を含んでいます。しかし、月の海の玄武岩や月の高地の原石には、鉄の金属はほとんど含まれていない（1％以下）。しかし、角化した月の隕石には、月に飛来した小惑星の金属が含まれている。ドファル1527は、月の隕石の中で最も多く、約1.7%の金属を含んでおり、ほとんどの隕石はこれよりはるかに少ない。
化学
月の鉱物学は単純であるため、月の岩石の化学組成は予測可能である。ほぼすべてのアルミニウムは斜長石中にあり、ほぼすべての鉄とマグネシウムは輝石、カンラン石、イルメナイト中にある。したがって、アルミニウム濃度（下図のAl2O3）と鉄（FeO）およびマグネシウム（MgO）の濃度をプロットすると、月の隕石（およびほぼすべてのアポロ月の岩石）は斜長石の組成と3つの鉄含有鉱物の平均組成を結ぶ線に沿って描かれており、岩石の主要4鉱物はこれだけであることがわかる。
地球では火成岩のシリカ(SiO2)濃度は岩石の種類によって大きく異なるため、一次化学的分類パラメータとして使用される。月では、（1）石英などのシリカ多形*に富む岩石がない、（2）ある岩石、特に角礫岩では、斜長石、輝石、カンラン石の3つの主要鉱物のシリカ濃度の平均値はいずれもほぼ同じ、（3）高地岩ではイルメナイトが通常少量（<3％）だけ含まれ、一般の月の岩石のシリカ濃度の差はごくわずか、である。月の隕石では、SiO2濃度は43%から47%までの狭い範囲にある。しかし、アルミニウムは3倍以上の差があるため、化学的分類のパラメータとしてはアルミニウムの方が有用である。 (同様に、一般的な月の岩石のほとんどで、カルシウムの濃度は酸化カルシウム（CaO）として10%から20%と、わずか2倍程度の差しかない。）これは、地上の岩石と比べるとはるかに少ない値である。シリカや酸化カルシウムの濃度がこの範囲から大きく外れている岩石は、ほぼ間違いなく月の岩石ではない。
地球の岩石では、鉄は2+と3+の両方の酸化状態で存在する。月の火成岩では、鉄は0（金属）および2+の酸化状態で存在するが、ほぼすべての鉄は2+の酸化状態である（カンラン石、輝石、イルメナイトに含まれる）。また、月ではマンガンもすべて2価の酸化状態である。鉄（II）とマンガン（II）の化学的挙動は非常によく似ているため、月の地球化学過程では、地球のようにマンガンから鉄が分画されることはない。そのため、月の岩石中の鉄とマンガンの比率は、海域の岩石（FeとMnが多い）でも高地の岩石（FeとMnが少ない）でも70とほぼ一定であることが分かっています。月以外の隕石は、月の岩石とは異なるFeO/MnO比を持つ。地球の岩石のFeO/MnO比は非常に幅があるが、平均的な地殻の場合、月よりも少し低い。
月の岩石には地球の岩石の多くよりもクロム元素が多く含まれている（この下図）。メア玄武岩のクロム濃度は0.14%から0.44%(Crとして)である。長石質の月隕石でさえ、0.05～0.09％のクロムで、平均的な地殻（～0.01％）よりもかなりクロムが豊富である。
アルカリ元素（カリウム、ナトリウム、ルビジウム、セシウム）の濃度は、月の岩石では地球の岩石に比べ10倍から100倍低い。地球の堆積岩には黄鉄鉱のような硫化鉱物が多く含まれています。月の岩石には硫化鉱物は少なく、硫化鉱物に多く含まれる銅、亜鉛、ヒ素、セレン、銀、水銀、鉛などの元素は、月の岩石では非常に少ない量しか存在しない。アルカリ元素や硫化物を好む（好塩性）元素の濃度が低いことは、月の岩石の最も特徴的な特徴の1つである。
Odd Rocks
上述のように、一般論には周知の例外があり、我々月愛好家は、月に存在するすべての鉱物や岩石タイプを発見していないことを願っているのは確かである。しかし、珍しい組成や鉱物組成の既知のサンプルはまれで、通常は角礫岩や土壌中の小さな（<1グラム）クラストとしてのみ存在します。クレメンタインとルナ・プロスペクターの軌道上からのデータから、月のどの地域にも、私たちが知っている、あるいは存在すると仮定しているものとは著しく異なる種類の岩石が豊富にあると疑う理由はない。地球では鉱石ができる過程で水が使われることが多いので、月に隠れた鉱床があるとは思えません。また、400個以上の隕石が月面で発見されたのであれば、月面のどの場所にも他の場所の岩石が存在する可能性があります。ですから、アポロ計画やルナ計画で月面のサンプルが少なかったからといって、月面の未サンプリング地点に、私たちが調査したものとは全く異なる岩石が存在すると疑うことはできないのです。アポロ計画以降、何万という月の岩石や岩塊が研究されてきた。まだ発見されていない月の隕石が、アポロの月の岩石や月の隕石と、含まれている鉱物やその地球化学的性質が大きく異なる可能性は極めて低いのです。
They Were Faked
月のサンプルを研究したことのある地球科学者なら誰でも（世界中から何千人も）、アポロの月のサンプルが政府の陰謀で地球で作られたと考える人は、岩石についてよく知らないことを知っています。アポロのサンプルはあまりにも優れています。複雑なプロットが織りなす自己矛盾のないストーリーは、陰謀論者が考え出したどんなストーリーよりも優れているのです。私は50年以上にわたって月の岩石や土壌を研究してきましたが、研究室では月の角礫岩、月の土壌、海の玄武岩の粗悪な模造品すら「作れない」のです。政府の研究所にいる私の賢い同僚には失礼だが、「政府」の人間でも、月の岩石がどのようなものか分かっている現在でも、誰もそれを作ることはできなかった。月のサンプルは、基本的に自由酸素がなく、重力もほとんどない極度に乾燥した環境で形成された形跡がある。いくつかのサンプルには表面に衝突クレーターがあり、多くのサンプルには大小の隕石衝突に伴う一連の予期せぬ複雑な影響の証拠が見られる。月の岩石や土壌には、太陽風に由来するガス（水素、ヘリウム、窒素、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン）が含まれており、地球上の同じガスのサンプルとは同位体比が異なる。宇宙線による結晶損傷がある。月の火成岩は、放射性同位元素を用いた手法により、地球のどの岩石よりも古い結晶化年代を持つ。 (このような魅力的な特徴をすべて地球で作り出すよりも、月へ行って岩石を持ち帰る方が簡単で安上がりだったのだ

多くの人が、自分の持っている石が月の石であるかどうかを知りたいと言ってきました。最もよく聞くのは、その石が1970年代に宇宙飛行士、軍人、NASAの警備員から親戚に贈られたものだという話です。私たちはそのような石をいくつか化学的にテストしましたが、月の石であったものはありません。他の人は、月の隕石を見つけたのではないかと疑っています。私たちが送った多くのサンプルは、隕石ディーラー、ディーラーから月の隕石を買った人、またはアフリカ北部やオマーンの砂漠で見つけた経験豊富な隕石探鉱者からのものを除いて、どれも月の隕石ではありませんでした

Lunar meteorite QUE (Queen Alexandra Range Antarctica ) 94281 – シンダーまたはスラグの一部と言える魅力のないロック。重さは23グラムと1オンス弱。一辺が1cmの立方体。 Image credit: NASA photo S95-14590

北米、南米、ヨーロッパではまだ月の隕石は発見されていない。しかし、温暖な地域で月の隕石が見つかる確率は非常に低いのです。多くの経験豊かな隕石コレクターが探しているが、まだ誰も成功していない。現実的に考えて、アマチュアが月の隕石を見つける確率は非常に低く、これまで依頼された何千もの石や写真を調べる気にはあまりなれませんでした。もし、私が自分で月の隕石を見つけようと思ったら、モハベ砂漠を探し回ることはないだろう。大学や専門学校の岩石コレクションに目を通すだろう。地質学の学生や教授が、何年も前に、あるはずのない場所で、おかしな形の石を見つけたからである。しかし、ある「専門家」が、その岩石は普通のコンドライトに似ていない、磁石を引き付けない、高濃度のニッケルを含んでいないなどの理由で、隕石ではないと宣言したと知っても、私は驚かないだろう。月の隕石は、見た目も組成も、通常の隕石（普通コンドライト）よりも地球上の岩石に似ているのです。そのため、月の隕石は見落とされやすいのです。

月面隕石Northwest Africa 11788の風化小石、右は1cm角の立方体。もし、このような小石が車道に落ちていたら、ちょっとやそっとでは見向きもしないでしょう。

月の鉱物学

月の地殻の結晶質の98～99％は斜長石、輝石、カンラン石、イルメナイトという4つの鉱物で占められています。 (月表面には非結晶質の物質が多く含まれるが、そのほとんどは4つの主要鉱物を含む岩石が溶けてできたガラスである)。残りの1〜2%は、カリウム長石、クロマイト、プレオナスト、ルチルなどの酸化鉱物、リン酸カルシウム、ジルコン、トロイライト、金属鉄などが主成分である。その他にも多くの鉱物が確認されているが、そのほとんどは希少で、4つの主要鉱物の間にごく小さな粒としてのみ存在し、肉眼では確認できない。

地表で最もよく見られる鉱物は、月のサンプルでは希少であるか一度も見つかっていないものもある。石英、方解石、磁鉄鉱、赤鉄鉱、マイカ、角閃石、そしてほとんどの硫化鉱物がそうである。地球上の多くの鉱物は、結晶構造の一部として水を含んでいる。マイカや角閃石はその代表的な例です。月では含水鉱物は見つかっていない。月の鉱物はシンプルなので、私が自信を持って “これは月の石ではない “と言えることが多いのです。石英、方解石、雲母を主な鉱物として含む岩石は、月で作られたものではありません。月の隕石には方解石を含むものがあります。しかし、その方解石は、隕石が着陸した後、地球上で空気や水にさらされることによって形成されたものです。この方解石は二次鉱物として、割れ目や空隙を埋めるように存在する（ドファール025参照）。

輝石 – マグネシウム-鉄-カルシウムのケイ酸塩のグループで、地球と月によく見られる。

クリノピロキセン – 輝石の一種で、通常カルシウムを少し含む。

斜方輝石 – 輝石の一種で、カルシウムをほとんど含まない。

カンラン石 – マグネシウム-鉄（II）シリケート。

長石 – アルミノケイ酸塩鉱物のグループ。

anorthite – 鉱物の一種。斜長石の中でもカルシウムに富むもので、月の地殻で最もよく見られる鉱物ですが、地球ではそれほど多くありません。

anorthosite – 主にanorthiteからなる岩石。このサンプルはほぼ純粋な斜方輝石で、暗い鉄分を含む鉱物はない。 Photo credit: Randy Korotev

月の地殻の大部分、長石高地テレーンまたは単に長石高地と呼ばれる部分は、斜長石と呼ばれる特定の種類の斜長石に富む岩石で構成されています。そのため、月の地殻の岩石は斜長石に富む岩石であることから、アノーサイト、ノリティックアノーサイト、アノーサイトトロクトライトなどの名称で呼ばれています（下表参照）。長石質高地では、斜長石に対する鉄含有鉱物の割合が、深さとともに増加する場所が多いと思われる。例えば、南極-エイトケンの巨大衝突盆地の奥に露出する岩石は、典型的な長石性高地よりも輝石に富んでいる。

norite anorthosite と anorthositic norite60-90%斜長岩(pillagiclase), 斜方輝石

岩石名	鉱物名
anorthosite	>90% plagiclash
斑レイ岩質斜長岩	60-90%斜長石、斜方輝石
トロクトル質斜長岩	60-90%斜長石が多い。残りは主にカンラン石
ノーライト	10-60% 斜長石
斑レイ岩	10-60%斜長石。残りは主に斜長石
トロクトライト	10-60%斜長石。残りの大部分はカンラン石