Более пятидесяти лет назад астронавты Аполлона-11 собрали образцы с лунного нагорья. Эти большие бледные области Луны, видимые невооруженным глазом, состоят из относительно легких пород, называемых анортозитами. Анортозиты образовались в начале истории Луны, между 4,3 и 4,5 миллиардами лет назад.
Подобные анортозиты, образовавшиеся в результате кристаллизации магмы, можно найти в окаменелых магматических очагах на Земле. Однако для производства больших объемов анортозита, обнаруженного на Луне, потребовался бы огромный глобальный океан магмы.
Ученые считают, что Луна образовалась при столкновении двух протопланет или детских миров. Большая из этих двух протопланет стала Землей, а меньшая — Луной. Одним из результатов этого столкновения было то, что Луна была очень горячей — настолько горячей, что вся ее мантия превратилась в расплавленную магму или океан магмы.
Однако после миссий программы Аполлон было проанализировано множество лунных метеоритов и тщательно изучена поверхность Луны. Лунные анортозиты кажутся более гетерогенными по своему составу, чем исходные образцы Аполлона, что противоречит сценарию флотации, согласно которому жидкий океан является общим источником всех анортозитов.
Ученые из Кембриджского университета и Высшей нормальной школы Лиона предложили новую модель кристаллизации, согласно которой кристаллы остаются во взвешенном состоянии в жидкой магме в течение сотен миллионов лет, пока лунная "слякоть" замерзает и затвердевает. Их работа была опубликована в журнале Geophysical Review Letters. Исследователи разработали математическую модель для определения этого механизма.
При низкой лунной гравитации оседание кристаллов затруднено, особенно при сильном перемешивании конвектирующим океаном магмы. Если кристаллы остаются взвешенными в виде суспензии кристаллов, то, когда содержание кристаллов в суспензии превышает критический порог, суспензия становится густой и липкой, а деформация замедляется.
Это увеличение содержания кристаллов наиболее резко происходит у поверхности, где жидкий магматический океан охлаждается, в результате чего образуется горячая, хорошо перемешанная жидкая внутренняя часть и медленно движущаяся, богатая кристаллами лунная "крышка".
Ученые считают, что именно в этой застойной "крышке" сформировалась лунная кора, поскольку легкий расплав, обогащенный анортитом, просачивался вверх из конвектирующей кристаллической суспензии внизу. Вероятно, что охлаждение раннего магматического океана вызвало такую сильную конвекцию, что кристаллы оставались взвешенными в виде суспензии, очень похожей на кристаллы в вязкой машине.
Обогащенные породы лунной поверхности, вероятно, образовались в магматических очагах внутри крышки, что объясняет их разнообразие. Полученные результаты позволяют предположить, что временной масштаб образования лунной коры составляет несколько сотен миллионов лет, что соответствует наблюдаемому возрасту лунных анортозитов.
Серийный магматизм изначально был предложен как возможный механизм образования лунных анортозитов, но модель слякоти в конечном итоге примиряет эту идею с идеей глобального лунного магматического океана.