Multe persoane ne-au abordat de-a lungul anilor, dorind să știe dacă o rocă pe care o posedă este o rocă de pe Lună. Cea mai frecventă poveste pe care o auzim este că piatra a fost dăruită unei rude în anii 1970 de către un astronaut, un militar sau un agent de securitate de la NASA. Am testat chimic mai multe astfel de roci și niciuna nu a fost o rocă lunară. Alți oameni suspectează că au găsit un meteorit lunar. Niciuna dintre numeroasele mostre care ne-au fost trimise nu a fost un meteorit lunar, cu excepția celor de la comercianții de meteoriți, a acelor persoane care au cumpărat meteoriți lunari de la un comerciant sau a celor de la căutători de meteoriți experimentați care i-au găsit în deșerturile din nordul Africii sau din Oman.

În America de Nord, America de Sud sau Europa nu a fost găsit încă niciun meteorit lunar. Ele există, fără îndoială, dar probabilitatea de a găsi un meteorit lunar într-un mediu temperat este incredibil de scăzută. Mulți colecționari experimentați de meteoriți au căutat și niciunul nu a reușit încă. În mod realist, probabilitatea ca un amator să găsească un meteorit lunar este atât de scăzută încât nu pot stârni prea mult entuziasm pentru a examina miile de roci și fotografii pe care mi s-a cerut să le examinez. Dacă aș fi vrut să găsesc eu însumi un meteorit lunar, nu aș fi cercetat deșertul Mojave. M-aș uita prin colecțiile de roci de la colegii și universități. Nu este nerezonabil ca un meteorit lunar să existe undeva, într-un sertar vechi, pentru că un student sau un profesor de geologie cu ochi ageri a găsit cu ani în urmă o rocă cu aspect ciudat într-un loc care nu-i aparținea. Nu m-ar surprinde să aflu că vreun “expert” a proclamat că acea rocă nu este un meteorit pentru că nu arăta ca o condrită obișnuită, nu atrăgea un magnet sau nu conținea o concentrație mare de nichel. Atât din punct de vedere vizual, cât și din punct de vedere al compoziției, meteoriții lunari “arată” mai mult ca rocile terestre (de pe Pământ) decât meteoriții “normali” (condrite obișnuite). Ar fi ușor să treci cu vederea un meteorit lunar. Un meteorit lunar erodat ar avea un aspect remarcabil de nesemnificativ.

Discutăm aici câteva aspecte ale geologiei, mineralogiei și chimiei lunare care ne ghidează în încercările noastre de a identifica materialul lunar.

Mineralogie lunară

Doar patru minerale – feldspatul plagioclasic, piroxenul, olivina și ilmenitul – reprezintă 98-99% din materialul cristalin al scoarței lunare. (Materialul de la suprafața lunară conține o proporție mare de material necristalin, dar cea mai mare parte a acestui material este sticlă care s-a format prin topirea rocilor care conțin cele patru minerale principale). Restul de 1-2% este format în mare parte din feldspat de potasiu, minerale oxidate precum cromitul, pleonasta și rutilul, fosfați de calciu, zircon, troilit și fier metalic. Multe alte minerale au fost identificate, dar majoritatea sunt rare și apar doar sub formă de granule foarte mici interstițiale față de cele patru minerale majore și nu pot fi observate cu ochiul liber.

Câteva dintre cele mai comune minerale de la suprafața Pământului sunt rare sau nu au fost găsite niciodată în eșantioanele lunare. Printre acestea se numără cuarțul, calcitul, magnetita, hematita, micele, amfibolii și majoritatea mineralelor sulfuroase. Multe minerale terestre conțin apă ca parte a structurii lor cristaline. Mica și amfibolii sunt exemple comune. Mineralele hidrice (care conțin apă) nu au fost găsite pe Lună. Simplitatea mineralogiei lunare face ca adesea să-mi fie foarte ușor să spun cu mare încredere “Aceasta nu este o rocă lunară”. O rocă ce conține cuarț, calcit sau mica ca mineral primar nu provine de pe Lună. Unii meteoriți lunari conțin, de fapt, calcite. Cu toate acestea, calcita s-a format pe Pământ în urma expunerii meteoritului la aer și apă după ce a aterizat. Calcitul apare ca mineral secundar, unul care umple fisurile și golurile (a se vedea Dhofar 025). Mineralele secundare sunt ușor de recunoscut atunci când meteoritul este studiat cu un microscop.

piroxen – Un grup de silicați de magneziu-fier-calciu, comuni pe Pământ și pe Lună.

clinopiroxen – O formă de piroxen; conține de obicei ceva calciu; cel mai frecvent în bazaltele de mare .

ortopiroxen – O formă de piroxen; conține puțin calciu; cel mai des întâlnit în rocile montane .

olivină – Un silicat de magneziu-fier(II); comun pe Pământ și pe Lună .

ilmenit – Un oxid de fier(II)-titan; mai des întâlnit în bazaltele lunare decât în bazaltele terestre .

feldspat – Un grup de minerale alumino-silicate; comun în crusta Pământului și a Lunii.

plagioclas – O formă de feldspat; un alumino-silicat de calciu și sodiu .

anorthit – Un mineral; extremitatea bogată în calciu a feldspațiului plagioclasat; cel mai comun mineral al crustei lunare, dar nu atât de comun pe Pământ.

anorthosit – O rocă formată în principal din anorthit.

Roci lunare – brecii

Cea mai mare parte a scoarței lunare, acea parte numită Feldspathic Highlands Terrane sau pur și simplu înălțimile feldspatice, este formată din roci care sunt bogate într-o varietate particulară de feldspat de plagioclaz cunoscut sub numele de anorthit. În consecință, se spune că rocile din scoarța lunară sunt anorthositice, deoarece sunt roci bogate în plagioclase, cu denumiri precum anorthosit, anorthosit noritic sau troctolit anorthositice (a se vedea tabelul de mai jos). Raportul dintre mineralele care conțin fier și plagioclase crește probabil cu adâncimea în zonele înalte feldspatice în majoritatea locurilor. De exemplu, rocile expuse în uriașul bazin de impact de la Polul Sud – Aitken, în partea îndepărtată, sunt mai bogate în piroxen decât înălțimile feldspatice tipice.

denumirea rocii	mineralogie
anorthosit	>90% plagioclasat
anorthosit nordic și norit anortosit	60-90% plagioclasat, restul în mare parte ortopiroxen
anorthosit gabroic și gabro anortosit	60-90% plagioclasat, restul în mare parte clinopiroxen
anorthosit troctolitic și troctolit anortosit	60-90% plagioclasat, restul preponderent olivină
norit	10-60% plagioclasat, restul preponderent ortopiroxen
gabbro	10-60% plagioclasat, restul în cea mai mare parte clinopiroxen
troctolit	10-60% plagioclasat, restul în cea mai mare parte olivină

În mare parte din cadranul de nord-vest al feței apropiate a Lunii, în regiunea cunoscută sub numele de Procellarum KREEP Terrane, crusta conține mai puțin plagioclasat și mai mult piroxen. Rocile originale ale acestei cruste anormale au fost probabil în mare parte norite și gabouri. Crusta feldspatică a Lunii a început să se formeze în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani. În timp ce se forma și pentru o perioadă de timp după aceea, aceasta a suferit un bombardament intens din partea meteoroizilor și asteroizilor. Rocile din crusta lunară au fost sparte în mod repetat de unele impacturi și lipite la loc de alte impacturi. Ca urmare, majoritatea rocilor din zonele înalte lunare sunt brecii (brech’-chee-uz), un cuvânt care desemnează o rocă compusă din fragmente de roci mai vechi. Breccias există și pe Pământ, dar sunt mult mai puțin frecvente decât pe Lună. De asemenea, cele mai multe brecii terestre nu s-au format prin impactul cu meteoriți, ci prin faliere. Breșele lunare sunt subdivizate într-o varietate de categorii, cum ar fi breșele de topitură de impact, breșele granulitice, sticloase, fragmentare și de regolit. În breciile de impact-fundare și în cele sticloase, fragmente de rocă numite claste sunt suspendate într-o matrice de topitură solidificată (cristalină sau sticloasă) formată prin impactul cu un meteorit.

Mai multe informații despre breciile lunare și rocile terestre asemănătoare.

În breciile fragmentare și în cele de regolit, există puțină sau deloc porțiune topită, doar resturi fragmentare care au fost litificate (formate într-o rocă) prin presiunea de șoc a unui impact. Deoarece brecia se referă la textură, iar anorthositic sau feldspatic se referă la mineralogie, rocile de pe înălțimile lunare sunt numite în mod diferit brecii anorthositice, brecii feldspatice sau brecii de înălțimi. Deoarece scoarța lunară a fost atât de intens lovită, în timpul misiunilor Apollo au fost colectate foarte puține roci de dimensiuni manuale care să fie rămășițe nebrechiate ale scoarței ionice timpurii a Lunii. Astfel, nu este surprinzător faptul că toți meteoriții lunari din Terranele Feldspathic Highlands și din Terranele Procellarum KREEP sunt brecii.

Roci lunare – Mare Basalts

Pe Pământ, vulcanii sunt adesea munți în formă de con, deoarece sunt o grămadă de cenușă și lavă ejectată dintr-o gură de aerisire. Lavele sunt vâscoase și se solidifică înainte de a curge foarte departe. Din cauza compoziției lor bogate în fier și a lipsei de apă, lavele lunare erau mult mai puțin vâscoase, mai mult ca uleiul de motor. Atunci când lavele lunare au erupt la suprafață, nu au format vulcani, ci pur și simplu s-au scurs și au umplut locurile joase. Ca urmare, depozitele de lavă lunară sunt plate, subțiri și acoperă zone întinse. De asemenea, deoarece Luna nu are atmosferă și gravitație redusă, cenușa ejectată s-a disipat pe scară largă în loc să se acumuleze în apropierea orificiului de evacuare, ca pe Pământ.

Începând aproximativ din perioada de bombardament intens de meteoriți, mantaua lunară s-a topit parțial. Magma rezultată a urcat prin crustă până la suprafață, băltindu-se în locurile joase. Aceste puncte joase erau în principal craterele uriașe, numite bazine, care au fost lăsate de impactul celor mai mari meteoriți. Vulcanismul lunar a continuat timp de aproximativ 2 miliarde de ani.

Pronunțare: “vulcanism lunar”: Cuvântul latin mare se pronunță mar’-ay în engleză. Pluralul lui mare este maria, care se pronunță mar’-ee-ah. Basaltul se pronunță de obicei bah-salt’.

Pe Pământ, rocile vulcanice se solidifică din lavă topită (magmă). Cel mai comun tip de rocă vulcanică este bazaltul. Astronomii antici au numit bazinele rotunde, pline de bazalt de pe suprafața Lunii mări, deoarece erau zone netede și întunecate, înconjurate de zone mai înalte. Caracteristicile au primit nume latinești precum Mare Serenitatis pentru Marea Serenității. Acum știm că maria lunare sunt curgeri de bazalt, așa că numim rocile din maria mari bazalte. Mare bazaltele sunt compuse în principal, 50-70%, din piroxen, dar toate conțin, de asemenea, 20-40% plagioclase, până la 20% ilmenit și minerale conexe bogate în Ti și 0-20% olivină. Marile sunt mai închise la culoare decât zonele înalte deoarece (1) bazaltele de mare sunt bogate în minerale care conțin fier, (2) mineralele care conțin fier sunt de culoare închisă, iar (3) plagioclasul este de culoare deschisă. Spre deosebire de zonele înalte, majoritatea rocilor colectate pe maria de către astronauții de pe Apollo sunt bazalte reale, nu brecii compuse din fragmente de bazalt. Această observație este unul dintre multele motive pentru care știm că bazaltele s-au format în cea mai mare parte după perioada de bombardament intens. Marele bazalt acoperă aproximativ 17% din suprafața Lunii, dar se estimează că reprezintă doar aproximativ 1% din volumul crustei.

Pentru că meteoriții lunari sunt mostre din locații distribuite aleatoriu pe suprafața Lunii și pentru că cea mai mare parte a suprafeței lunare este feldspatică, majoritatea meteoriților lunari sunt brecii feldspatice. Unii sunt bazalte de mare cristaline, brecii compuse din bazalte de mare sau brecii compuse atât din material de mare, cât și din material de highlands (precum QUE 94281, de mai sus). Câteva sunt dominate de material noritic din Terranul Procellarum KREEP.

Basaltele mari lunare, precum și meteoriții bazaltici de pe Marte, se aseamănă foarte mult cu bazaltele de pe Pământ. În absența unei cruste de fuziune, există puține lucruri despre un bazalt de mare lunar care să provoace mult interes pentru un geolog căruia cineva îi înmânează roca întrebând “ce este asta?”. O examinare atentă la microscop ar putea dezvălui unele caracteristici suspecte – lipsa anumitor minerale și abundența altora (ilmenit) sau conținutul scăzut de sodiu al feldspatului. Boabele de minerale ar prezenta semne de șoc și fracturare în urma impactului cu un meteorit. Cu toate acestea, ar fi necesare teste chimice pentru a dovedi o origine lunară sau marțiană.

Breciile fragmentare și de regolit sunt cele mai apropiate analogii lunare ale rocilor sedimentare terestre și au o oarecare asemănare de textură. Cu toate acestea, există numeroase diferențe, aproape toate asociate cu lipsa apei și a vântului pe Lună. După cum s-a menționat mai sus, rocile lunare nu conțin minerale de carbonat sau cuarț abundent, așa cum fac majoritatea rocilor sedimentare terestre. Pe Lună nu există niciun mecanism eficient de sortare, astfel încât componentele litice din breșele lunare se prezintă într-o mare varietate de dimensiuni ale granulelor, fără o dimensiune sau orientare preferată. Breciile lunare sunt în mare parte obiecte fractale care arată similar în secțiune transversală, indiferent de scara la care sunt privite. (A se vedea ALHA 81005.) Nu se cunoaște nicio rocă lunară care să aibă vreo trăsătură care să semene cu straturile caracteristice rocilor sedimentare terestre. Rocile sedimentare terestre au straturi deoarece Pământul are gravitație, astfel încât particulele se depun în apă sau în atmosferă. Luna are doar o gravitație slabă și nu are apă sau atmosferă.

Majoritatea clastelor mici din breșele lunare sunt fragmente de plagioclas sau anorthosit. Este rar ca raportul de aspect (lungime la lățime) al unui clast dintr-o brecie lunară să depășească 3. Majoritatea clasturilor sunt unghiulare, nu rotunjite. (Excepții: Există sfere de sticlă vulcanică în regolitul lunar (solul). Astfel de sferule se găsesc uneori în breciile de regolit, dar au <0,1 mm în diametru și nu sunt ușor de observat cu ochiul liber. Sferulele produse de impact apar și pot fi mari, dar nu sunt frecvente în comparație cu fragmentele de roci și minerale. Breciile topite de impact pot conține claste care au fost parțial topite și care, în consecință, nu sunt unghiulare.)

Mteoritele lunare breciate sunt suficient de rezistente și de coezive încât au supraviețuit exploziei de pe Lună și aterizării dure pe Pământ. Multe roci sedimentare terestre se sparg mult mai ușor. Spre deosebire de unele conglomerate terestre, care seamănă cu breșele lunare, matricea breșelor lunare este la fel de dură ca și cioburile. Pe suprafețele sparte sau exterioare ale meteoriților lunari breciți, claste nu ies în evidență nici în relief negativ, nici în relief pozitiv.

Metal și magnetism

Colecționarii de meteoriți știu că majoritatea meteoriților atrag un magnet ieftin deoarece conțin metal fier-nichel. Cel mai comun tip de meteoriți, condritele obișnuite, conțin într-adevăr metal, la fel ca, bineînțeles, și meteoriții de fier. Bazaltele de mare lunare și rocile originale ale înălțimilor lunare nu conțin, în esență, fier metalic (mult, mult mai puțin de 1%). Cu toate acestea, meteoriții lunari brejiți conțin ceva metal provenit de la meteoriții asteroidali care au bombardat Luna. Dintre meteoriții lunari, Dhofar 1527 conține cel mai mult metal, aproximativ 1,7%; majoritatea conțin mult mai puțin. Cu alte cuvinte, meteoriții lunari nu atrag magneții, așa cum fac majoritatea celorlalte tipuri de meteoriți.

Chimie

Datorită simplității mineralogiei lunare, rocile lunare au compoziții chimice previzibile. Aproape tot aluminiul se află în plagioclase și aproape tot fierul și magneziul se află în piroxen, olivină și ilmenit. Astfel, pe graficul concentrației de aluminiu (Al2O3 în figura de mai jos) față de concentrațiile de fier (FeO) plus magneziu (MgO), meteoriții lunari (și aproape toate rocile lunare Apollo) se trasează de-a lungul unei linii care leagă compoziția plagioclasului și compoziția medie a celor trei minerale care conțin fier, deoarece acestea sunt singurele patru minerale majore din rocă. Dacă compoziția unei roci nu se trasează de-a lungul acestei linii, este aproape sigur că acea rocă nu este o rocă lunară.

Pe Pământ, concentrația de siliciu (SiO2) a rocilor igoase este folosită ca parametru de clasificare chimică de ordinul întâi, deoarece variază foarte mult între diferitele tipuri de roci. Pe Lună (1) nu există roci bogate în cuarț sau în alte polimorfe de silice*, (2) într-o anumită rocă, în special în brecii, concentrația medie de silice din cele trei minerale principale, plagioclase, piroxen și olivină, este aproximativ aceeași, și (3) în rocile din zonele înalte, ilmenitul este de obicei prezent doar în cantități mici (<3%), astfel încât concentrațiile de silice din rocile lunare comune variază doar cu o cantitate mică. În meteoriții lunari, concentrațiile de SiO2 acoperă intervalul îngust de la 43% la 47%. Cu toate acestea, deoarece aluminiul variază de mai mult de un factor de 3, aluminiul este mai util ca parametru de clasificare chimică. (Titanul este utilizat în bazaltele de mare.) În mod similar, printre aproape toate rocile lunare comune, concentrațiile de calciu variază doar de un factor de 2, de la 10% la 20% sub formă de oxid de calciu (CaO). Acest lucru este mult mai mic decât intervalul din rocile terestre. O rocă cu concentrații de siliciu sau de oxid de calciu substanțial în afara acestor intervale nu este aproape sigur o rocă lunară.

* Unele bazalte de mare lunar conțin până la 5% cristobalit, un mineral de siliciu. Există câteva eșantioane lunare rare și de mici dimensiuni cu 50-70% SiO2, deoarece conțin tridymite, cuarț sau sticlă de silice. Printre acestea se numără felsitele, granitele și rocile înrudite bogate în siliciu, cum ar fi monzodioritul de cuarț. Există, de asemenea, roci care conțin <10% CaO deoarece conțin puțin plagioclase. Acestea includ unele roci ultramafice, cum ar fi dunita și unele geamuri vulcanice picritice.

În rocile terestre, fierul apare atât în starea de oxidare 2+, cât și în starea de oxidare 3+. Pe Lună, fierul apare în stările de oxidare 0 (metal) și 2+, deși în rocile ionice lunare aproape tot fierul se află în starea de oxidare 2+ (în olivină, piroxen și ilmenit). Pe Lună, tot manganul se află, de asemenea, în starea de oxidare 2+. Deoarece Fe(II) și Mn(II) au comportamente chimice foarte asemănătoare, fierul nu se fracționează din mangan în timpul proceselor geochimice lunare, așa cum se întâmplă pe Pământ. Ca urmare, raportul dintre fier și mangan în rocile lunare este aproape constant la 70, indiferent dacă rocile provin din maria (Fe și Mn ridicate) sau din zonele înalte (Fe și Mn scăzute). Meteoriții nelunari au rapoarte FeO/MnO diferite de cele ale rocilor lunare. Rocile terestre au o gamă imensă de rapoarte FeO/MnO, dar pentru crusta terestră medie raportul este un pic mai mic decât pe Lună.

Elementul crom este în concentrație mai mare în rocile lunare decât în majoritatea rocilor terestre (graficul de jos aici). Concentrațiile de crom în bazaltele de mare variază de la 0,14% la 0,44% (ca Cr). Chiar și meteoriții lunari feldspatici, cu 0,05-0,09% Cr, sunt considerabil mai bogați în crom decât este crusta terestră medie (~0,01%).

Concentrațiile de elemente alcaline (potasiu, sodiu, rubidiu și cesiu) sunt de 10 până la 100 de ori mai mici în rocile lunare decât în rocile terestre. Rocile sedimentare terestre conțin adesea minerale sulfuroase precum pirita. Mineralele sulfuroase sunt rare în rocile lunare, iar elemente precum cuprul, zincul, arsenicul, seleniul, argintul, mercurul și plumbul, care se găsesc adesea în mineralele sulfuroase, apar în abundență foarte scăzută în rocile lunare. Concentrațiile scăzute de elemente alcaline și de elemente iubitoare de sulfuri (calcofile) sunt una dintre cele mai caracteristice trăsături ale rocilor lunare.

Rocuri ciudate

După cum am menționat mai sus, există excepții cunoscute la generalizări, iar noi, lunaticii, sperăm cu siguranță că nu am descoperit toate mineralele și tipurile de roci care apar pe Lună. Cu toate acestea, eșantioanele cunoscute de compoziție și mineralogie neobișnuite sunt rare și, de obicei, apar doar sub formă de claste mici (<1 gram) în brecii sau în sol. Nu avem niciun motiv să bănuim, pe baza datelor obținute de pe orbită în cadrul misiunilor Clementine și Lunar Prospector, că vreo regiune a Lunii este bogată în tipuri de roci semnificativ diferite de cele pe care le cunoaștem sau despre care postulăm că ar putea exista. Majoritatea proceselor de formare a minereurilor de pe Pământ implică apa, așa că nu ne-am aștepta ca pe Lună să existe depozite de minereuri ascunse. Rețineți că, dacă mai mult de 400 de meteoriți lunari au fost aruncați de pe Lună și găsiți pe Pământ, atunci în orice punct de pe suprafața lunară pot exista roci din orice alt punct. Din acest motiv, faptul că suprafața lunară a fost “slab eșantionată” de către misiunile Apollo și Luna nu este în sine un motiv întemeiat pentru a suspecta că în punctele neeșantionate de pe Lună există roci foarte diferite de cele pe care le-am studiat. Zeci de mii de roci și stânci lunare au fost studiate de la misiunile Apollo încoace. Este foarte puțin probabil ca orice meteorit lunar încă nedescoperit să difere substanțial în ceea ce privește mineralele pe care le conține sau caracterul său geochimic față de rocile și meteoriții lunari din misiunile Apollo.

Au fost falsificate

Care geosavant (și au fost mii din toată lumea) care a studiat eșantioane lunare știe că oricine crede că eșantioanele lunare Apollo au fost create pe Pământ ca parte a unei conspirații guvernamentale nu știe prea multe despre roci. Mostrele Apollo sunt pur și simplu prea bune. Ele spun o poveste coerentă de la sine, cu o intrigă complexă și interconectată, care este mai bună decât orice poveste pe care ar fi putut-o concepe orice conspirator. Am studiat rocile și solurile lunare timp de peste 50 de ani și nu aș putea “face” în laborator nici măcar o imitație slabă a unei brecii lunare, a unui sol lunar sau a unui bazalt de mare. Și, cu tot respectul pentru colegii mei isteți din laboratoarele guvernamentale, nimeni din “Guvern” nu ar putea face acest lucru, chiar și acum că știm cum sunt rocile lunare. Eșantioanele lunare prezintă dovezi de formare într-un mediu extrem de uscat, cu o lipsă esențială de oxigen liber și gravitație redusă. Unele au cratere de impact la suprafață și multe prezintă dovezi pentru o suită de efecte neașteptate și complicate asociate cu impactul cu meteoriți mari și mici. Rocile și solul lunar conțin gaze (hidrogen, heliu, azot, neon, argon, kripton și xenon) provenite din vântul solar, cu rapoarte izotopice diferite față de mostrele de pe Pământ ale acelorași gaze. Ele conțin cristale deteriorate de razele cosmice. Rocile ionice lunare au vârste de cristalizare, determinate prin tehnici care implică radioizotopi, care sunt mai vechi decât orice rocă terestră cunoscută. (Oricine își dă seama cum să falsifice acest lucru este demn de un premiu Nobel.) A fost mai ușor și mai ieftin să mergem pe Lună și să aducem înapoi niște roci decât ar fi fost să creăm toate aceste caracteristici fascinante pe Pământ.

.