Hur vet vi att det är en sten från månen?

Många människor har kontaktat oss under årens lopp och velat veta om en sten som de äger är en månsten. Den vanligaste historien vi hör är att stenen gavs till en släkting på 1970-talet av en astronaut, en militär eller en säkerhetsvakt från NASA. Vi har kemiskt testat flera sådana stenar och ingen har varit en månsten. Andra personer misstänker att de har hittat en månmeteorit. Inget av de många prover som vi har fått skickat har varit en månmeteorit, förutom de från meteorithandlare, de personer som köpt månmeteoriter från en handlare eller de från erfarna meteoritprospektörer som hittat dem i öknarna i Nordafrika eller Oman.
Ingen månmeteorit har ännu hittats i Nordamerika, Sydamerika eller Europa. De finns utan tvekan, men sannolikheten att hitta en månmeteorit i en tempererad miljö är otroligt liten. Många erfarna meteoritsamlare har letat och ingen har ännu lyckats. Realistiskt sett är sannolikheten för att en amatör skall hitta en månmeteorit så låg att jag inte kan väcka någon större entusiasm för att undersöka de tusentals stenar och foton som jag har blivit ombedd att undersöka. Om jag själv ville hitta en månmeteorit skulle jag inte leta i Mojaveöknen. Jag skulle titta igenom stenkollektioner på högskolor och universitet. Det är inte orimligt att en månmeteorit finns i en gammal låda någonstans för att en skarpsynt geologistudent eller professor för flera år sedan hittade en lustig sten på en plats där den inte hörde hemma. Det skulle inte förvåna mig om jag fick veta att någon “expert” förkunnade att stenen inte var en meteorit eftersom den inte såg ut som en vanlig chondrit, inte attraherade en magnet eller inte innehöll en hög koncentration av nickel. Både visuellt och sammansättningsmässigt “ser” månmeteoriter mer ut som jordiska (jordiska) stenar än “normala” meteoriter (vanliga kondriter). Det skulle vara lätt att förbise en månmeteorit. En vittrad månmeteorit skulle se anmärkningsvärt oansenlig ut.
Här diskuterar jag några aspekter av månens geologi, mineralogi och kemi som vägleder oss i våra försök att identifiera månmaterial.
Månens mineralogi
Bara fyra mineral – plagioklasfältspat, pyroxen, olivin och ilmenit – står för 98-99 procent av det kristallina materialet i månskorpan. (Material på månens yta innehåller en hög andel icke-kristallint material, men det mesta av detta material är glas som bildats genom smältning av bergarter som innehåller de fyra viktigaste mineralerna). De återstående 1-2 procenten består till stor del av kaliumfältspat, oxidmineraler som kromit, pleonaste och rutil, kalciumfosfater, zirkon, troilit och järnmetall. Många andra mineraler har identifierats, men de flesta är sällsynta och förekommer endast som mycket små korn mellan de fyra huvudmineralerna och kan inte ses med blotta ögat.
Några av de vanligaste mineralerna på jordens yta är sällsynta eller har aldrig hittats i månprover. Dessa inkluderar kvarts, kalcit, magnetit, hematit, micas, amfiboler och de flesta sulfidmineraler. Många jordiska mineral innehåller vatten som en del av sin kristallstruktur. Micas och amfiboler är vanliga exempel på detta. Vattenhaltiga (vattenhaltiga) mineraler har inte hittats på månen. Enkelheten i månens mineralogi gör det ofta mycket lätt för mig att med stor säkerhet säga “Detta är inte en månsten”. En sten som innehåller kvarts, kalcit eller glimmer som primärt mineral kommer inte från månen. Vissa månmeteoriter innehåller faktiskt kalcit. Kalciten bildades dock på jorden genom att meteoriten utsattes för luft och vatten efter att den landat. Kalciten förekommer som ett sekundärt mineral, ett mineral som fyller sprickor och håligheter (se Dhofar 025). Sekundära mineral är lätta att känna igen när meteoriten studeras i mikroskop.
Månstenar – breccior
Den största delen av månskorpan, den del som kallas Feldspathic Highlands Terrane eller helt enkelt det fältspathiska höglandet, består av bergarter som är rika på en särskild sort av plagioklasfältspat som kallas anorthit. Följaktligen sägs bergarter i månskorpan vara anorthositiska eftersom de är plagioklasrika bergarter med namn som anorthosit, noritisk anorthosit eller anorthositisk troktolit (se tabellen nedan). Förhållandet mellan järnhaltiga mineraler och plagioklas ökar troligen med djupet i de fältspathiska högländerna på de flesta platser. Till exempel är stenar som exponeras i den gigantiska nedslagskällan South Pole – Aitken på den bortre sidan rikare på pyroxen än typiska fältspathiska högländer.
I en stor del av den nordvästra kvadranten av månens närsida, i den region som kallas Procellarum KREEP-terranen, innehåller skorpan mindre plagioklas och mer pyroxen. De ursprungliga stenarna i denna anomala skorpa var troligen mestadels noriter och gabbros. Månens fältspathiska skorpa började bildas för cirka 4,5 miljarder år sedan. Medan den bildades och en tid därefter utsattes den för intensivt bombardemang från meteoroider och asteroider. Stenarna i månskorpan har upprepade gånger brutits sönder av vissa nedslag och limats ihop igen av andra nedslag. Som en följd av detta är de flesta stenar från månens högland breccior (brech’-chee-uz), ett ord för en sten som består av fragment av äldre stenar. Breccias förekommer på jorden, men de är mycket mindre vanliga än på månen. Dessutom har de flesta jordiska breccior inte bildats av meteoroidnedslag utan av förkastningar. Månens breccior delas in i en mängd olika kategorier, t.ex. smältbrott, granulitiska, glasartade, fragmentariska och regolithiska breccior. I smält- och glasartade breccior är stenfragment som kallas klaster upphängda i en stelnad (kristallin eller glasartad) smältmatris som bildats genom meteoritnedslag.
Mer information om månbreccior och terrestriska likartade stenar.
I fragmentariska breccior och regolitbreccior finns det lite eller ingen smält del, bara fragmentariskt skräp som litifierades (bildades till en sten) av chocktrycket från ett nedslag. Eftersom breccia hänvisar till textur och anorthositisk eller fältspathisk hänvisar till mineralogi, kallas stenar från månens högland på olika sätt för anorthositiska breccior, fältspathiska breccior eller höglandsbreccior. Eftersom månskorpan har slagits så intensivt finns det mycket få handstora stenar som samlades in under Apollo-uppdragen och som är obearbetade rester av månens tidiga magmatiska skorpa. Därför är det ingen överraskning att alla månmeteoriter från Feldspathic Highlands Terrane och Procellarum KREEP Terrane är breccias.
Månggrunden – Mare Basalts
På jorden är vulkaner ofta kägelformade berg eftersom de är en hög av aska och lava som kastas ut från en ventil. Lavan är trögflytande och stelnar innan den flyter långt. På grund av sin järnrika sammansättning och bristen på vatten var månens lava mycket mindre viskös, mer som motorolja. När månens lavas bröt ut på ytan bildade den inga vulkaner, utan flöt bara ut och fyllde låga punkter. Som ett resultat av detta är månens lavaavlagringar platta, tunna och täcker stora områden. Eftersom månen inte har någon atmosfär och liten gravitation spreds också den utkastade askan vitt och brett i stället för att samlas upp i närheten av utbrottet, som på jorden.
Med början ungefär vid tiden för perioden med intensivt meteoritbombardemang smälte månens mantel delvis. Den resulterande magman steg genom skorpan upp till ytan och samlades i låga punkter. Dessa låga punkter var huvudsakligen de enorma kratrar, kallade bassänger, som lämnades efter nedslag av de största meteoriterna. Månens vulkanism fortsatte i ungefär 2 miljarder år.
Pronunciation: Det latinska ordet mare uttalas mar’-ay på engelska. Plural av mare är maria, som uttalas mar’-ee-ah. Basalt brukar uttalas bah-salt’.
På jorden stelnar vulkaniska bergarter från smält lava (magma). Den vanligaste typen av vulkanisk sten är basalt. De gamla astronomerna kallade de runda, basaltfyllda bassängerna på månens yta för hav eftersom de var släta mörka områden omgivna av områden med högre höjd. Funktionerna fick latinska namn som Mare Serenitatis för Sea of Serenitatis (lugnets hav). Vi vet nu att månens maria är basaltflöden, så vi kallar stenarna i maria för mare basalter. Mare-basalter består huvudsakligen, 50-70 %, av pyroxen, men alla innehåller också 20-40 % plagioklas, upp till 20 % ilmenit och relaterade Ti-rika mineraler samt 0-20 % olivin. Marerna är mörkare än högländerna eftersom (1) marbasalter är rika på järnhaltiga mineraler, (2) järnhaltiga mineraler är mörkt färgade och (3) plagioklas är ljust färgat. Till skillnad från högländerna är de flesta av de stenar som Apollo-astronauterna samlade in på maria riktiga basalter, inte breccias som består av basaltfragment. Denna observation är en av flera anledningar till att vi vet att basalterna mestadels bildades efter tiden för intensivt bombardemang. Mare-basalter täcker cirka 17 procent av månens yta, men man uppskattar att de endast utgör cirka 1 procent av skorpans volym.
Då månmeteoriter är prover från slumpmässigt fördelade platser på månens yta och eftersom större delen av månens yta är fältspathisk är de flesta månmeteoriterna fältspathiska breccior. Vissa är kristallina mare basalter, breccior som består av mare basalt eller breccior som består av både mare och höglandsmaterial (som QUE 94281, ovan). Några få domineras av noritiskt material från Procellarum KREEP-terranen.
Munariska mare-basalter, liksom basaltiska meteoriter från Mars, har en stark likhet med basalter från jorden. I avsaknad av en fusionsskorpa är det inte mycket som skulle väcka stort intresse hos en geolog som får stenen i handen av någon som frågar “vad är det här?”. En noggrann undersökning i mikroskop kan avslöja några misstänkta drag – avsaknaden av vissa mineraler och överflödet av andra (ilmenit) eller den låga natriumhalten i fältspaten. Mineralkornen skulle visa tecken på stötar och sprickbildning från meteoritnedslag. Det skulle dock krävas kemiska tester för att bevisa ett mån- eller marsianskt ursprung.
Fragment- och regolitbreccior är de närmaste månanalogerna till sedimentära bergarter på jorden, och de uppvisar en viss texturell likhet. Det finns dock många skillnader, nästan alla förknippade med bristen på vatten och vind på månen. Som nämnts ovan innehåller månens bergarter inte karbonatmineraler eller rikligt med kvarts, vilket de flesta jordiska sedimentära bergarter gör. Det finns ingen effektiv sorteringsmekanism på månen, så de steniga komponenterna i månbreccior finns i en mängd olika kornstorlekar, utan någon föredragen storlek eller orientering. Månens breccior är till stor del fraktala objekt som ser likadana ut i tvärsnitt oavsett i vilken skala de betraktas. (Se ALHA 81005.) Det finns ingen känd månberg som har något som liknar de lager som är karakteristiska för jordiska sedimentära bergarter. Jordiska sedimentära bergarter har lager eftersom jorden har gravitation, så partiklar sedimenterar i vatten eller i atmosfären. Månen har endast svag gravitation och inget vatten eller atmosfär.
De flesta små klaster i månens breccior är fragment av plagioklas eller anorthosit. Det är sällsynt att aspektförhållandet (längd till bredd) för en klump i en månbrekcia överstiger 3. De flesta klumparna är kantiga, inte rundade. (Undantag: Det finns vulkaniska glaskulor i månens regolit (jord). Sådana sfärer finns ibland i regolitbreccior, men de är <0,1 mm i diameter och är inte lätta att se med blotta ögat. Sfärer från nedslag förekommer och kan vara stora, men de är inte vanliga jämfört med sten- och mineralfragment. Impaktsmälta breccior kan innehålla klaster som har smält delvis och som därför inte är kantiga.)
Brecciated lunar meteorites are sufficiently tough and cohesive that they survived the blast off the Moon and the hard landing on Earth. Många sedimentära bergarter på jorden bryts sönder mycket lättare. Till skillnad från vissa jordiska konglomerat, som liknar månbreccior, är matrisen i månbreccior lika hård som klasterna. På brutna eller yttre ytor av brecciaterade månmeteoriter sticker inte klasterna ut i vare sig negativ eller positiv relief.
Metall och magnetism
Meteoritsamlare vet att de flesta meteoriter drar till sig en billig magnet eftersom de innehåller järn-nickelmetall. Den vanligaste typen av meteoriter, de vanliga konditerna, innehåller faktiskt metall, liksom naturligtvis järnmeteoriter. Månens mare basalter och de ursprungliga stenarna i månens högland innehåller i princip ingen järnmetall (mycket, mycket mindre än 1 %). Brekcerade månmeteoriter innehåller dock en del metall från asteroidmeteoriter som har bombat månen. Bland månmeteoriterna innehåller Dhofar 1527 mest metall, cirka 1,7 %; de flesta innehåller mycket mindre. Månmeteoriter drar med andra ord inte till sig magneter, vilket de flesta andra typer av meteoriter gör.
Kemi
På grund av enkelheten i månens mineralogi har månens bergarter förutsägbara kemiska sammansättningar. Nästan allt aluminium finns i plagioklas och nästan allt järn och magnesium finns i pyroxen, olivin och ilmenit. I diagrammet över aluminiumkoncentrationen (Al2O3 i figuren nedan) i förhållande till koncentrationerna av järn (FeO) och magnesium (MgO), visas månmeteoriterna (och nästan alla Apollo månstenar) längs en linje som förbinder sammansättningen av plagioklas med den genomsnittliga sammansättningen av de tre järnhaltiga mineralerna, eftersom dessa är de enda fyra huvudmineralerna i berget. Om sammansättningen av en sten inte plottar längs denna linje är stenen nästan säkert inte en månsten.
På jorden används kiseldioxidkoncentrationen (SiO2) i magmatiska bergarter som en kemisk klassificeringsparameter av första ordningen eftersom den varierar kraftigt mellan olika typer av bergarter. På månen (1) finns det inga bergarter som är rika på kvarts eller andra polymorfa kiselalger*, (2) i en given bergart, särskilt breccior, är den genomsnittliga koncentrationen av kiselalger i de tre huvudmineralerna plagioklas, pyroxen och olivin ungefär densamma, och (3) i bergarter på höglandet förekommer ilmenit vanligen endast i små mängder (<3 %), så kiselalgerkoncentrationerna i vanliga månbergarter varierar endast i en liten mängd. I månmeteoriter spänner SiO2-koncentrationerna över det smala intervallet från 43 % till 47 %. Eftersom aluminium varierar med mer än en faktor 3 är aluminium dock mer användbart som en kemisk klassificeringsparameter. (Titan används i mare basalter.) På samma sätt varierar kalciumkoncentrationerna bland nästan alla vanliga månstenar endast med en faktor 2, från 10 % till 20 % som kalciumoxid (CaO). Detta är mycket mindre än intervallet i jordiska bergarter. En sten med kiseldioxid- eller kalciumoxidkoncentrationer som ligger väsentligt utanför dessa intervall är nästan säkert inte en månsten.
I jordiska bergarter förekommer järn i både 2+ och 3+ oxidationstillstånd. På månen förekommer järn i oxidationslägena 0 (metall) och 2+, även om nästan allt järn i månens magmatiska bergarter är i oxidationsläget 2+ (i olivin, pyroxen och ilmenit). På månen befinner sig också allt mangan i oxidationstalet 2+. Eftersom Fe(II) och Mn(II) har mycket liknande kemiska beteenden fraktioneras inte järn från mangan under månens geokemiska processer, vilket det gör på jorden. Som ett resultat av detta är förhållandet mellan järn och mangan i månens bergarter nästan konstant på 70, oavsett om bergarterna kommer från maria (hög Fe- och Mn-halt) eller från höglandet (låg Fe- och Mn-halt). Meteoriter som inte är från månen har andra FeO/MnO-förhållanden än månens stenar. Jordiska bergarter har ett enormt utbud av FeO/MnO-förhållanden, men för genomsnittlig jordskorpa är förhållandet lite lägre än på månen.
Elementet krom finns i högre koncentration i månbergarter än i de flesta jordiska bergarter (nedre diagrammet här). Kromkoncentrationerna i mare basalter varierar från 0,14 % till 0,44 % (som Cr). Även de fältspathiska månmeteoriterna, med 0,05-0,09 % Cr, är betydligt rikare på krom än den genomsnittliga jordskorpan (~0,01 %).
Koncentrationerna av alkalielementen (kalium, natrium, rubidium och cesium) är 10 till 100 gånger lägre i månbergarter än i jordiska bergarter. Jordiska sedimentära bergarter innehåller ofta sulfidmineraler som pyrit. Sulfidmineraler är sällsynta i månens bergarter och grundämnen som koppar, zink, arsenik, selen, silver, kvicksilver och bly, som ofta finns i sulfidmineraler, förekommer i mycket låga halter i månens bergarter. Låga koncentrationer av alkaliska grundämnen och sulfidälskande (chalcofila) grundämnen är ett av de mest karakteristiska dragen hos månens bergarter.
Odd Rocks
Som nämnts ovan finns det kända undantag från generaliseringarna, och vi lunatiker hoppas verkligen att vi inte har upptäckt alla mineraler och bergarter som förekommer på månen. Kända prover av ovanlig sammansättning och mineralogi är dock sällsynta och förekommer vanligen endast som små (<1 gram) klaster i breccior eller i jorden. Vi har ingen anledning att misstänka, baserat på data som erhållits från omloppsbanan i samband med uppdragen Clementine och Lunar Prospector, att någon region på månen är rik på bergarter som skiljer sig avsevärt från dem som vi känner till eller som vi antar skulle kunna existera. De flesta malmbildningsprocesser på jorden inbegriper vatten, så vi skulle inte förvänta oss några dolda malmfyndigheter på månen. Tänk på att om mer än 400 månmeteoriter har sprängts bort från månen och hittats på jorden, så kan det vid varje given punkt på månens yta finnas stenar från vilken annan punkt som helst. Därför är det faktum att månens yta var “dåligt provtagen” av Apollo- och Luna-uppdragen i sig inte ett bra skäl att misstänka att det finns stenar som skiljer sig mycket från de stenar som vi har studerat på oprovtagna punkter på månen. Tiotusentals stenar och klippor på månen har studerats sedan Apollo-uppdragen. Det är högst osannolikt att en ännu ej funnen månmeteorit kommer att skilja sig väsentligt i de mineraler den innehåller eller i sin geokemiska karaktär från Apollos månstenar och månmeteoriter.
De var förfalskade
Alla geovetenskapsmän (och det har funnits tusentals från hela världen) som har studerat månprover vet att den som tror att Apollos månprover skapades på jorden som en del av en regeringskonspiration inte vet mycket om stenar. Apolloproverna är helt enkelt för bra. De berättar en självkonsistent historia med en komplicerat sammanvävd intrig som är bättre än vilken historia som helst som någon konspiratör kunde ha tänkt ut. Jag har studerat månens stenar och jordarter i mer än 50 år och jag skulle inte kunna “göra” ens en dålig imitation av en månbreccia, månjord eller en mare basalt i labbet. Och med all respekt för mina smarta kollegor i statliga laboratorier, ingen i “regeringen” skulle kunna göra det heller, inte ens nu när vi vet hur månens stenar ser ut. Månproverna visar tecken på att de har bildats i en extremt torr miljö med praktiskt taget inget fritt syre och liten gravitation. Vissa har nedslagskratrar på ytan och många uppvisar bevis för en rad oväntade och komplicerade effekter i samband med stora och små meteoritnedslag. Månens stenar och jord innehåller gaser (väte, helium, kväve, neon, argon, krypton och xenon) som härrör från solvinden med isotopförhållanden som skiljer sig från jordens prover av samma gaser. De innehåller kristallskador från kosmisk strålning. Månens magmatiska bergarter har kristalliseringsåldrar, som bestämts med hjälp av tekniker där radioisotoper används, som är äldre än alla kända jordiska bergarter. (Den som kommer på hur man fejkar detta är värd ett Nobelpris.) Det var lättare och billigare att åka till månen och ta med sig några stenar tillbaka än vad det skulle ha varit att skapa alla dessa fascinerande egenskaper på jorden.

Många människor har kontaktat oss under årens lopp och velat veta om en sten som de äger är en månsten. Den vanligaste historien vi hör är att stenen gavs till en släkting på 1970-talet av en astronaut, en militär eller en säkerhetsvakt från NASA. Vi har kemiskt testat flera sådana stenar och ingen har varit en månsten. Andra personer misstänker att de har hittat en månmeteorit. Inget av de många prover som vi har fått skickat har varit en månmeteorit, förutom de från meteorithandlare, de personer som köpt månmeteoriter från en handlare eller de från erfarna meteoritprospektörer som hittat dem i öknarna i Nordafrika eller Oman.

Månmeteorit QUE (Queen Alexandra Range Antarctica ) 94281 – En oattraktiv sten som skulle kunna passera för en aska eller en bit slagg. Den vägde 23 gram, strax under ett uns. Kuben är 1 cm på varje sida. Bildkredit: NASA foto S95-14590

Ingen månmeteorit har ännu hittats i Nordamerika, Sydamerika eller Europa. De finns utan tvekan, men sannolikheten att hitta en månmeteorit i en tempererad miljö är otroligt liten. Många erfarna meteoritsamlare har letat och ingen har ännu lyckats. Realistiskt sett är sannolikheten för att en amatör skall hitta en månmeteorit så låg att jag inte kan väcka någon större entusiasm för att undersöka de tusentals stenar och foton som jag har blivit ombedd att undersöka. Om jag själv ville hitta en månmeteorit skulle jag inte leta i Mojaveöknen. Jag skulle titta igenom stenkollektioner på högskolor och universitet. Det är inte orimligt att en månmeteorit finns i en gammal låda någonstans för att en skarpsynt geologistudent eller professor för flera år sedan hittade en lustig sten på en plats där den inte hörde hemma. Det skulle inte förvåna mig om jag fick veta att någon “expert” förkunnade att stenen inte var en meteorit eftersom den inte såg ut som en vanlig chondrit, inte attraherade en magnet eller inte innehöll en hög koncentration av nickel. Både visuellt och sammansättningsmässigt “ser” månmeteoriter mer ut som jordiska (jordiska) stenar än “normala” meteoriter (vanliga kondriter). Det skulle vara lätt att förbise en månmeteorit. En vittrad månmeteorit skulle se anmärkningsvärt oansenlig ut.

Vittrade småstenar från månmeteoriten Nordvästra Afrika 11788, 1 cm kub till höger. Om jag hittade några av dessa på min uppfart skulle jag inte ge dem en andra titt. Foto: Rob Wesel

Här diskuterar jag några aspekter av månens geologi, mineralogi och kemi som vägleder oss i våra försök att identifiera månmaterial.

Månens mineralogi

Bara fyra mineral – plagioklasfältspat, pyroxen, olivin och ilmenit – står för 98-99 procent av det kristallina materialet i månskorpan. (Material på månens yta innehåller en hög andel icke-kristallint material, men det mesta av detta material är glas som bildats genom smältning av bergarter som innehåller de fyra viktigaste mineralerna). De återstående 1-2 procenten består till stor del av kaliumfältspat, oxidmineraler som kromit, pleonaste och rutil, kalciumfosfater, zirkon, troilit och järnmetall. Många andra mineraler har identifierats, men de flesta är sällsynta och förekommer endast som mycket små korn mellan de fyra huvudmineralerna och kan inte ses med blotta ögat.

Några av de vanligaste mineralerna på jordens yta är sällsynta eller har aldrig hittats i månprover. Dessa inkluderar kvarts, kalcit, magnetit, hematit, micas, amfiboler och de flesta sulfidmineraler. Många jordiska mineral innehåller vatten som en del av sin kristallstruktur. Micas och amfiboler är vanliga exempel på detta. Vattenhaltiga (vattenhaltiga) mineraler har inte hittats på månen. Enkelheten i månens mineralogi gör det ofta mycket lätt för mig att med stor säkerhet säga “Detta är inte en månsten”. En sten som innehåller kvarts, kalcit eller glimmer som primärt mineral kommer inte från månen. Vissa månmeteoriter innehåller faktiskt kalcit. Kalciten bildades dock på jorden genom att meteoriten utsattes för luft och vatten efter att den landat. Kalciten förekommer som ett sekundärt mineral, ett mineral som fyller sprickor och håligheter (se Dhofar 025). Sekundära mineral är lätta att känna igen när meteoriten studeras i mikroskop.

Pyroxen – En grupp magnesium-järn-kalciumsilikater, vanligt förekommande på jorden och månen.

Klinopyroxen – En form av pyroxen; innehåller vanligtvis en del kalcium; vanligast i mare basalter .

orthopyroxen – En form av pyroxen; innehåller lite kalcium; vanligast i höglandsstenar .

olivin – Ett magnesium-järn(II)silikat; vanligt på jorden och månen .

ilmenit – En järn(II)-titanoxid; vanligare i månbasalter än i jordiska basalter .

Fältspat – En grupp alumino-silikatmineraler; vanligt förekommande i jord- och månskorporna.

Plagioklas – En form av fältspat; ett kalcium-natrium-alumino-silikat .

anorthit – Ett mineral; den kalciumrika extremen av plagioklasfältspat; det vanligaste mineralet i månskorpan, men inte så vanligt på jorden.

anorthosit – En bergart som huvudsakligen består av anorthit.

Månstenar – breccior

Bitar av Apollo 16 anorthositprov 60025. Detta speciella prov är nästan ren anorthit; det finns inga mörka järnhaltiga mineraler. Foto: Randy Korotev

Den största delen av månskorpan, den del som kallas Feldspathic Highlands Terrane eller helt enkelt det fältspathiska höglandet, består av bergarter som är rika på en särskild sort av plagioklasfältspat som kallas anorthit. Följaktligen sägs bergarter i månskorpan vara anorthositiska eftersom de är plagioklasrika bergarter med namn som anorthosit, noritisk anorthosit eller anorthositisk troktolit (se tabellen nedan). Förhållandet mellan järnhaltiga mineraler och plagioklas ökar troligen med djupet i de fältspathiska högländerna på de flesta platser. Till exempel är stenar som exponeras i den gigantiska nedslagskällan South Pole – Aitken på den bortre sidan rikare på pyroxen än typiska fältspathiska högländer.

Rocknamn	mineralogi
anorthosit	>90% plagioklas
noritisk anorthosit och anorthositisk norit	60-90% plagioklas, resten mestadels ortoproxen
gabbroisk anorthosit och anorthositisk gabbro	60-90% plagioklas, resten mestadels klinopyroxen
troktolitisk anorthosit och anorthositisk troktolit	60-90% plagioklas, resten mestadels olivin
norit	10-60% plagioklas, resten mestadels ortopyroxen
gabbro	10-60% plagioklas, resten huvudsakligen klinopyroxen
troktolit	10-60 % plagioklas, resten mestadels olivin

I en stor del av den nordvästra kvadranten av månens närsida, i den region som kallas Procellarum KREEP-terranen, innehåller skorpan mindre plagioklas och mer pyroxen. De ursprungliga stenarna i denna anomala skorpa var troligen mestadels noriter och gabbros. Månens fältspathiska skorpa började bildas för cirka 4,5 miljarder år sedan. Medan den bildades och en tid därefter utsattes den för intensivt bombardemang från meteoroider och asteroider. Stenarna i månskorpan har upprepade gånger brutits sönder av vissa nedslag och limats ihop igen av andra nedslag. Som en följd av detta är de flesta stenar från månens högland breccior (brech’-chee-uz), ett ord för en sten som består av fragment av äldre stenar. Breccias förekommer på jorden, men de är mycket mindre vanliga än på månen. Dessutom har de flesta jordiska breccior inte bildats av meteoroidnedslag utan av förkastningar. Månens breccior delas in i en mängd olika kategorier, t.ex. smältbrott, granulitiska, glasartade, fragmentariska och regolithiska breccior. I smält- och glasartade breccior är stenfragment som kallas klaster upphängda i en stelnad (kristallin eller glasartad) smältmatris som bildats genom meteoritnedslag.

Mer information om månbreccior och terrestriska likartade stenar.

I fragmentariska breccior och regolitbreccior finns det lite eller ingen smält del, bara fragmentariskt skräp som litifierades (bildades till en sten) av chocktrycket från ett nedslag. Eftersom breccia hänvisar till textur och anorthositisk eller fältspathisk hänvisar till mineralogi, kallas stenar från månens högland på olika sätt för anorthositiska breccior, fältspathiska breccior eller höglandsbreccior. Eftersom månskorpan har slagits så intensivt finns det mycket få handstora stenar som samlades in under Apollo-uppdragen och som är obearbetade rester av månens tidiga magmatiska skorpa. Därför är det ingen överraskning att alla månmeteoriter från Feldspathic Highlands Terrane och Procellarum KREEP Terrane är breccias.

Månggrunden – Mare Basalts

Vänster: Mount Erebus i Antarktis, jordens sydligaste vulkan. Bild: Randy Korotev. Till höger: Basaltfyllda nedslagsbassänger på månen. Bild: NASA/GSFC/Arizona State University.

På jorden är vulkaner ofta kägelformade berg eftersom de är en hög av aska och lava som kastas ut från en ventil. Lavan är trögflytande och stelnar innan den flyter långt. På grund av sin järnrika sammansättning och bristen på vatten var månens lava mycket mindre viskös, mer som motorolja. När månens lavas bröt ut på ytan bildade den inga vulkaner, utan flöt bara ut och fyllde låga punkter. Som ett resultat av detta är månens lavaavlagringar platta, tunna och täcker stora områden. Eftersom månen inte har någon atmosfär och liten gravitation spreds också den utkastade askan vitt och brett i stället för att samlas upp i närheten av utbrottet, som på jorden.

Med början ungefär vid tiden för perioden med intensivt meteoritbombardemang smälte månens mantel delvis. Den resulterande magman steg genom skorpan upp till ytan och samlades i låga punkter. Dessa låga punkter var huvudsakligen de enorma kratrar, kallade bassänger, som lämnades efter nedslag av de största meteoriterna. Månens vulkanism fortsatte i ungefär 2 miljarder år.

Pronunciation: Det latinska ordet mare uttalas mar’-ay på engelska. Plural av mare är maria, som uttalas mar’-ee-ah. Basalt brukar uttalas bah-salt’.

På jorden stelnar vulkaniska bergarter från smält lava (magma). Den vanligaste typen av vulkanisk sten är basalt. De gamla astronomerna kallade de runda, basaltfyllda bassängerna på månens yta för hav eftersom de var släta mörka områden omgivna av områden med högre höjd. Funktionerna fick latinska namn som Mare Serenitatis för Sea of Serenitatis (lugnets hav). Vi vet nu att månens maria är basaltflöden, så vi kallar stenarna i maria för mare basalter. Mare-basalter består huvudsakligen, 50-70 %, av pyroxen, men alla innehåller också 20-40 % plagioklas, upp till 20 % ilmenit och relaterade Ti-rika mineraler samt 0-20 % olivin. Marerna är mörkare än högländerna eftersom (1) marbasalter är rika på järnhaltiga mineraler, (2) järnhaltiga mineraler är mörkt färgade och (3) plagioklas är ljust färgat. Till skillnad från högländerna är de flesta av de stenar som Apollo-astronauterna samlade in på maria riktiga basalter, inte breccias som består av basaltfragment. Denna observation är en av flera anledningar till att vi vet att basalterna mestadels bildades efter tiden för intensivt bombardemang. Mare-basalter täcker cirka 17 procent av månens yta, men man uppskattar att de endast utgör cirka 1 procent av skorpans volym.

Apollo 11 basaltprov 10044 (till vänster) och Apollo 15 basaltprov 15016. Apollo 15 mare-basalten är vesikulär – den har hål som en gång var gasbubblor. De flesta Apollo-basalter är inte vesikulära och hittills är ingen av de basaltiska månmeteoriterna vesikulära. Till vänster är kuben 1 cm och till höger är kuben 1 tum på varje sida. Bildkrediter: NASA

Då månmeteoriter är prover från slumpmässigt fördelade platser på månens yta och eftersom större delen av månens yta är fältspathisk är de flesta månmeteoriterna fältspathiska breccior. Vissa är kristallina mare basalter, breccior som består av mare basalt eller breccior som består av både mare och höglandsmaterial (som QUE 94281, ovan). Några få domineras av noritiskt material från Procellarum KREEP-terranen.

Munariska mare-basalter, liksom basaltiska meteoriter från Mars, har en stark likhet med basalter från jorden. I avsaknad av en fusionsskorpa är det inte mycket som skulle väcka stort intresse hos en geolog som får stenen i handen av någon som frågar “vad är det här?”. En noggrann undersökning i mikroskop kan avslöja några misstänkta drag – avsaknaden av vissa mineraler och överflödet av andra (ilmenit) eller den låga natriumhalten i fältspaten. Mineralkornen skulle visa tecken på stötar och sprickbildning från meteoritnedslag. Det skulle dock krävas kemiska tester för att bevisa ett mån- eller marsianskt ursprung.

Typer av stenar på månen: basalt, anorthosit, breccia och “jord” (regolit).

Fragment- och regolitbreccior är de närmaste månanalogerna till sedimentära bergarter på jorden, och de uppvisar en viss texturell likhet. Det finns dock många skillnader, nästan alla förknippade med bristen på vatten och vind på månen. Som nämnts ovan innehåller månens bergarter inte karbonatmineraler eller rikligt med kvarts, vilket de flesta jordiska sedimentära bergarter gör. Det finns ingen effektiv sorteringsmekanism på månen, så de steniga komponenterna i månbreccior finns i en mängd olika kornstorlekar, utan någon föredragen storlek eller orientering. Månens breccior är till stor del fraktala objekt som ser likadana ut i tvärsnitt oavsett i vilken skala de betraktas. (Se ALHA 81005.) Det finns ingen känd månberg som har något som liknar de lager som är karakteristiska för jordiska sedimentära bergarter. Jordiska sedimentära bergarter har lager eftersom jorden har gravitation, så partiklar sedimenterar i vatten eller i atmosfären. Månen har endast svag gravitation och inget vatten eller atmosfär.

Om en sten är skiktad är den inte från månen

De flesta små klaster i månens breccior är fragment av plagioklas eller anorthosit. Det är sällsynt att aspektförhållandet (längd till bredd) för en klump i en månbrekcia överstiger 3. De flesta klumparna är kantiga, inte rundade. (Undantag: Det finns vulkaniska glaskulor i månens regolit (jord). Sådana sfärer finns ibland i regolitbreccior, men de är <0,1 mm i diameter och är inte lätta att se med blotta ögat. Sfärer från nedslag förekommer och kan vara stora, men de är inte vanliga jämfört med sten- och mineralfragment. Impaktsmälta breccior kan innehålla klaster som har smält delvis och som därför inte är kantiga.)

Brecciated lunar meteorites are sufficiently tough and cohesive that they survived the blast off the Moon and the hard landing on Earth. Många sedimentära bergarter på jorden bryts sönder mycket lättare. Till skillnad från vissa jordiska konglomerat, som liknar månbreccior, är matrisen i månbreccior lika hård som klasterna. På brutna eller yttre ytor av brecciaterade månmeteoriter sticker inte klasterna ut i vare sig negativ eller positiv relief.

Grå ytor av Apollo 16-prov 60019 till vänster och månmeteoriten MAC (MacAlpine Hills) 88105 till höger. Båda är sammanhängande regolitbreccior. Det finns flera likheter. Klasterna är ljusare i färgen än matrisen. Klaststorlekarna är ungefär lika stora (1 cm kub) och varierar i storlek. Sprickor avviker inte runt klasterna – de passerar genom dem som om de inte fanns där. Till skillnad från som i vissa jordiska sedimentära bergarter är klasterna inte “sorterade” och det finns ingen föredragen orientering av klasterna.

Metall och magnetism

Meteoritsamlare vet att de flesta meteoriter drar till sig en billig magnet eftersom de innehåller järn-nickelmetall. Den vanligaste typen av meteoriter, de vanliga konditerna, innehåller faktiskt metall, liksom naturligtvis järnmeteoriter. Månens mare basalter och de ursprungliga stenarna i månens högland innehåller i princip ingen järnmetall (mycket, mycket mindre än 1 %). Brekcerade månmeteoriter innehåller dock en del metall från asteroidmeteoriter som har bombat månen. Bland månmeteoriterna innehåller Dhofar 1527 mest metall, cirka 1,7 %; de flesta innehåller mycket mindre. Månmeteoriter drar med andra ord inte till sig magneter, vilket de flesta andra typer av meteoriter gör.

Kemi

På grund av enkelheten i månens mineralogi har månens bergarter förutsägbara kemiska sammansättningar. Nästan allt aluminium finns i plagioklas och nästan allt järn och magnesium finns i pyroxen, olivin och ilmenit. I diagrammet över aluminiumkoncentrationen (Al2O3 i figuren nedan) i förhållande till koncentrationerna av järn (FeO) och magnesium (MgO), visas månmeteoriterna (och nästan alla Apollo månstenar) längs en linje som förbinder sammansättningen av plagioklas med den genomsnittliga sammansättningen av de tre järnhaltiga mineralerna, eftersom dessa är de enda fyra huvudmineralerna i berget. Om sammansättningen av en sten inte plottar längs denna linje är stenen nästan säkert inte en månsten.

Många människor kontaktar mig om stenar som de hoppas eller tror är meteoriter. Om de är orubbliga föreslår jag att de ska få en kemisk analys av stenen. Alla “terrestriska stenar” i denna tomt representerar stenar som människor har låtit analysera. De flesta ligger under linjen för månmeteoriter eftersom de innehåller kvarts eller kalcit, som hamnar i det nedre vänstra hörnet av diagrammet. Ett fåtal av de jordiska stenarna ligger på eller i närheten av månens trend. Alla dessa är magmatiska bergarter som basalter som domineras av pyroxen, olivin och plagioklas. Samma process bildar basalter på jorden, månen och Mars, så de har alla samma grundläggande mineralogi och sammansättning. Det krävs andra tester för att skilja jordbasalter från planetära basalter. De tre gröna punkterna representerar de tre typerna av vanliga kondriter (H, L och LL), som huvudsakligen består av olivin, pyroxen och järn-nickelmetall. Som en följd av metallen plottar de vid hög FeO(+MgO). (För geokemister: “FeO” är total Fe som FeO.)

På jorden används kiseldioxidkoncentrationen (SiO2) i magmatiska bergarter som en kemisk klassificeringsparameter av första ordningen eftersom den varierar kraftigt mellan olika typer av bergarter. På månen (1) finns det inga bergarter som är rika på kvarts eller andra polymorfa kiselalger*, (2) i en given bergart, särskilt breccior, är den genomsnittliga koncentrationen av kiselalger i de tre huvudmineralerna plagioklas, pyroxen och olivin ungefär densamma, och (3) i bergarter på höglandet förekommer ilmenit vanligen endast i små mängder (<3 %), så kiselalgerkoncentrationerna i vanliga månbergarter varierar endast i en liten mängd. I månmeteoriter spänner SiO2-koncentrationerna över det smala intervallet från 43 % till 47 %. Eftersom aluminium varierar med mer än en faktor 3 är aluminium dock mer användbart som en kemisk klassificeringsparameter. (Titan används i mare basalter.) På samma sätt varierar kalciumkoncentrationerna bland nästan alla vanliga månstenar endast med en faktor 2, från 10 % till 20 % som kalciumoxid (CaO). Detta är mycket mindre än intervallet i jordiska bergarter. En sten med kiseldioxid- eller kalciumoxidkoncentrationer som ligger väsentligt utanför dessa intervall är nästan säkert inte en månsten.

* Vissa månmånebasalter innehåller upp till 5 % cristobalit, ett kiseldioxidmineral. Det finns några sällsynta och små månprover med 50-70 % SiO2 eftersom de innehåller tridymit, kvarts eller kiselglas. Dessa inkluderar felsiter, graniter och besläktade kiselrika bergarter som kvartsmonzodiorit. Det finns också bergarter som innehåller <10 % CaO eftersom de innehåller lite plagioklas. Dessa inkluderar vissa ultramafiska bergarter som dunit och vissa pikritiska vulkaniska glas.

I jordiska bergarter förekommer järn i både 2+ och 3+ oxidationstillstånd. På månen förekommer järn i oxidationslägena 0 (metall) och 2+, även om nästan allt järn i månens magmatiska bergarter är i oxidationsläget 2+ (i olivin, pyroxen och ilmenit). På månen befinner sig också allt mangan i oxidationstalet 2+. Eftersom Fe(II) och Mn(II) har mycket liknande kemiska beteenden fraktioneras inte järn från mangan under månens geokemiska processer, vilket det gör på jorden. Som ett resultat av detta är förhållandet mellan järn och mangan i månens bergarter nästan konstant på 70, oavsett om bergarterna kommer från maria (hög Fe- och Mn-halt) eller från höglandet (låg Fe- och Mn-halt). Meteoriter som inte är från månen har andra FeO/MnO-förhållanden än månens stenar. Jordiska bergarter har ett enormt utbud av FeO/MnO-förhållanden, men för genomsnittlig jordskorpa är förhållandet lite lägre än på månen.

FeO/MnO-förhållanden för hela berget i månmeteoriter och jämförelse med jordiska bergarter, meteoriter från marsmiljöer och HED-meteoriter (howardit, eucrit, diogenit). FeO/MnO i sig kan skilja månmeteoriter från andra achondriter men inte alltid från jordiska bergarter.

Elementet krom finns i högre koncentration i månbergarter än i de flesta jordiska bergarter (nedre diagrammet här). Kromkoncentrationerna i mare basalter varierar från 0,14 % till 0,44 % (som Cr). Även de fältspathiska månmeteoriterna, med 0,05-0,09 % Cr, är betydligt rikare på krom än den genomsnittliga jordskorpan (~0,01 %).

Dessa två figurer liknar figurerna ovan, men här representerar de fem ofyllda gröna trianglarna fem prover av påstådda månbergarter som diskuteras i första stycket ovan (ingen av dem är månbergarter). Till vänster: Månmeteoriter från höglandet (ofyllda blå kvadrater) har ett konstant förhållande mellan torium och samarium (representerat av den diagonala blå linjen). Månmeteoriter från maria (fyllda blå kvadrater) tenderar att ha lägre, men liknande, förhållanden. Vissa jordiska prover har liknande förhållanden av inkompatibla grundämnen som förhållandet i månens högländer, men vissa har det inte. Höger: Alla månprover har mycket låga koncentrationer av arsenik jämfört med jordiska stenar och meteoriter. Med undantag för sällsynta felsiter har alla månbergarter också låga koncentrationer av kalium jämfört med jordiska bergarter.

Koncentrationerna av alkalielementen (kalium, natrium, rubidium och cesium) är 10 till 100 gånger lägre i månbergarter än i jordiska bergarter. Jordiska sedimentära bergarter innehåller ofta sulfidmineraler som pyrit. Sulfidmineraler är sällsynta i månens bergarter och grundämnen som koppar, zink, arsenik, selen, silver, kvicksilver och bly, som ofta finns i sulfidmineraler, förekommer i mycket låga halter i månens bergarter. Låga koncentrationer av alkaliska grundämnen och sulfidälskande (chalcofila) grundämnen är ett av de mest karakteristiska dragen hos månens bergarter.

Odd Rocks

Som nämnts ovan finns det kända undantag från generaliseringarna, och vi lunatiker hoppas verkligen att vi inte har upptäckt alla mineraler och bergarter som förekommer på månen. Kända prover av ovanlig sammansättning och mineralogi är dock sällsynta och förekommer vanligen endast som små (<1 gram) klaster i breccior eller i jorden. Vi har ingen anledning att misstänka, baserat på data som erhållits från omloppsbanan i samband med uppdragen Clementine och Lunar Prospector, att någon region på månen är rik på bergarter som skiljer sig avsevärt från dem som vi känner till eller som vi antar skulle kunna existera. De flesta malmbildningsprocesser på jorden inbegriper vatten, så vi skulle inte förvänta oss några dolda malmfyndigheter på månen. Tänk på att om mer än 400 månmeteoriter har sprängts bort från månen och hittats på jorden, så kan det vid varje given punkt på månens yta finnas stenar från vilken annan punkt som helst. Därför är det faktum att månens yta var “dåligt provtagen” av Apollo- och Luna-uppdragen i sig inte ett bra skäl att misstänka att det finns stenar som skiljer sig mycket från de stenar som vi har studerat på oprovtagna punkter på månen. Tiotusentals stenar och klippor på månen har studerats sedan Apollo-uppdragen. Det är högst osannolikt att en ännu ej funnen månmeteorit kommer att skilja sig väsentligt i de mineraler den innehåller eller i sin geokemiska karaktär från Apollos månstenar och månmeteoriter.

De var förfalskade

Alla geovetenskapsmän (och det har funnits tusentals från hela världen) som har studerat månprover vet att den som tror att Apollos månprover skapades på jorden som en del av en regeringskonspiration inte vet mycket om stenar. Apolloproverna är helt enkelt för bra. De berättar en självkonsistent historia med en komplicerat sammanvävd intrig som är bättre än vilken historia som helst som någon konspiratör kunde ha tänkt ut. Jag har studerat månens stenar och jordarter i mer än 50 år och jag skulle inte kunna “göra” ens en dålig imitation av en månbreccia, månjord eller en mare basalt i labbet. Och med all respekt för mina smarta kollegor i statliga laboratorier, ingen i “regeringen” skulle kunna göra det heller, inte ens nu när vi vet hur månens stenar ser ut. Månproverna visar tecken på att de har bildats i en extremt torr miljö med praktiskt taget inget fritt syre och liten gravitation. Vissa har nedslagskratrar på ytan och många uppvisar bevis för en rad oväntade och komplicerade effekter i samband med stora och små meteoritnedslag. Månens stenar och jord innehåller gaser (väte, helium, kväve, neon, argon, krypton och xenon) som härrör från solvinden med isotopförhållanden som skiljer sig från jordens prover av samma gaser. De innehåller kristallskador från kosmisk strålning. Månens magmatiska bergarter har kristalliseringsåldrar, som bestämts med hjälp av tekniker där radioisotoper används, som är äldre än alla kända jordiska bergarter. (Den som kommer på hur man fejkar detta är värd ett Nobelpris.) Det var lättare och billigare att åka till månen och ta med sig några stenar tillbaka än vad det skulle ha varit att skapa alla dessa fascinerande egenskaper på jorden.

Maternidad y todo