КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 21-17-00120

НазваниеГенезис и геохимия лунного вещества и перспективы использования лунных ресурсов

РуководительВоропаев Сергей Александрович, Кандидат физико-математических наук

Прежний руководитель Маров Михаил Яковлевич, дата замены: 20.12.2023

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук, г Москва

Период выполнения при поддержке РНФ 2021 г. - 2023 г. 

Конкурс№55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами».

Область знания, основной код классификатора 07 - Науки о Земле, 07-207 - Космогеохимия и планетология

Ключевые словаЛуна, реголит, ресурсы, газы, летучие, вода, адсорбция, метеориты, кометы, изотопия, дейтерий, водород, углерод, азот, кислород

Код ГРНТИ38.27.23


СтатусУспешно завершен


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
Заявление президента США Д. Трампа о праве начала разработки лунных ресурсов американскими компаниями является, по существу, сигналом к запуску новой лунной гонки – на этот раз гонки за освоение Луны. Проекты создания лунных баз серьезно рассматриваются космическими агентствами США, Китая, Европы. В ноябре 2019 г Правительство РФ поручило министерствам и ведомствам, включая РАН, дать предложения о перспективах использования космических ресурсов. Луна представляет первостепенный интерес, как с научной, так и практической точек зрения, органично сочетая фундаментальные и прикладные проблемы исследований. Фундаментальное значение имеют вопросы генезиса и геохимии лунного вещества, лежащие в основе ее происхождения и формирования, которые тесно связаны с ранней эволюцией Земли. В свою очередь, эти исследования определяют прикладные задачи по обнаружению и освоению лунных ресурсов. . Важным открытием последних десятилетий стало обнаружение водяного льда в постоянно затененных полярных областях Луны. В США, начиная с 2016 года, была начата проработка возможных промышленных методов добычи воды из лунного реголита и прототипов солнечных или компактных ядерных установок для получения водорода и кислорода путем электролиза. К этим и другим работам по использованию лунных ресурсов привлечены государственные и частные компании. С учетом планов Роскосмоса о создании российской лунной базы, нам необходимо проводить аналогичные работы, используя, в частности, результаты многолетних исследований лунного вещества и имеющиеся заделы в ГЕОХИ РАН. Эти работы получили развитие благодаря поддержке грантом РНФ 2017-2019 гг.; основные результаты проведенных исследований отражены в монографии «Формирование Луны и ранняя эволюция Земли», УРСС, М., 2019. Намечаемые исследования в рамках проекта РНФ 2021-2023 гг. нацелены на более полное изучение геохимии и геофизики Луны в сопоставлении с Землей, как основы генезиса лунных ресурсов. Среди них первостепенное значение имеет вода как главное средство жизнеобеспечения, включая получение воздуха (а в перспективе ракетного топлива) и целый ряд других замороженных летучих и содержащихся в реголите твердых полезных ископаемых, как основы создания лунной инфраструктуры при освоении Луны. При разнице в размерах, массе и структуре оболочек Луна и Земля имеют удивительно одинаковый (вплоть, до основных изотопных систематик) первичный состав вещества, что определенно связано с происхождением системы Земля-Луна и схожестью ранних этапов их эволюции. Глубокий сравнительный анализ тепловой динамики и особенностей вулкано-тектонических процессов призван ответить на вопрос об источниках летучих и вероятных механизмах их распределения. Помимо эндогенного источника, значительный вклад в концентрацию летучих на поверхности внесен также экзогенным источником. Он обусловлен процессами миграции вещества планетезималей, астероидов и ядер комет с периферии Солнечной системы (из-за «снеговой линии»), особенно в период «тяжелой бомбардировки». Проектом предусматривается получение оценок поступления воды и других летучих на поверхность Луны за счет обоих источников путем анализа данных наблюдений и численного моделирования соответствующих процессов. Большое внимание будет уделено изучению изотопных отношений и экспериментам по дегазации летучих в минеральных композициях метеоритов, близких по составу к лунному реголиту. Предусмотрены работы по региональному геологическому картированию, анализу морфологических особенностей поверхностных структур, наличию газовых месторождений и содержанию летучих, что позволит выявить наиболее перспективные провинции для практического использования. Задачи, которые предполагается решать в рамках проекта, носят комплексный характер и сочетают наиболее актуальные теоретические и экспериментальные исследования, опирающиеся на имеющуюся лабораторную базу, наличие уникальной метеоритной коллекции и лунного вещества в ГЕОХИ РАН. Для них характерна научная новизна и уникальность методов и исходных материалов для изучения намеченных проблем. Основные задачи проекта сводятся к следующему: - Сравнение планетарных механизмов генерации эндогенных летучих на Луне и Земле, процессов их распространения и концентрации. Анализ распределения гравитационных аномалий (по данным LRO, GRAIL и др.), уточнение сети глобальных и региональных линейных разломов. Создание моделей тепло- и массопереноса через разломы лунной коры на основе геохимических и геофизических данных; - Численное моделирование процессов миграции планетезималей, малых тел и пыли из-за орбиты Юпитера и пояса Койпера, получение оценок поступления воды и летучих на Землю и Луну за счет данного механизма; - Исследования изотопного состава водорода и кислорода воды (льда) в образцах лунных пород с целью определения возраста, состава и связи их происхождения с верхней мантией Луны. Ранее такой вывод был сделан из анализа изотопного состава образцов "Аполлонов", а источником содержащихся в них молекул воды, как и в мантии Земли, считают астероиды. Для измерения δ2Н и δ18О будет применена масс-спектрометрия изотопных отношений (IRMS) с пиролитической приставкой для разложения воды при температуре 1450 °С на поверхности стеклоуглеродной крошки, инфракрасная спектрометрия CRDS – лазерная спектроскопия по затуханию света с кольцевой многоходовой кюветой и масс-спектрометрия вторичных ионов (МСВИ); - Исследования отношения D/H в водяном льде и соотношений изотопов 13С/12C, 15N/14N и 16O/17O/18O с целью определения источников и эволюции лунного вещества в заданных областях; -- Экспериментальное изучение физико-химических процессов, связанных с удержанием и концентрацией экзогенных летучих (адсорбция, десорбция и диффузия) на минеральной композиции, максимально близкой к составу лунного реголита. Изучение адсорбционных свойств аналога лунного реголита путем дегазации обыкновенных и углистых хондритов и образцов «Луны 16, 20, 24» на специальной лабораторной установке, включающей кварцевый реактор с хроматографическим детектированием; - Исследование процессов теплопередачи, сорбции и газопереноса на аналогах реголита и образцах метеоритов путем термической экстракции и верификация результатов экспериментов с использованием комбинированной параметрической численной модели; - Картирование южной и северной полярных областей Луны, определение содержания в лунном реголите основных категорий газовых месторождений имплантированного типа и оценка их прогнозных запасов на примере имплантированных изотопов гелия. Выбор газовых месторождений замороженного типа (с содержанием водяного эквивалента водорода 0.33 вес % и более, что соответствует содержанию водяного льда в лунном реголите свыше 2.97 вес %, представляющих наибольший практический интерес. - Оценка прогнозных запасов в каждом из найденных месторождений, оценка суммарных прогнозных запасы водяного льда с учетом минимальной площади постоянно затененных холодных ловушек (кратеров); - Картирование и выделение основных категорий месторождений титана и железа в лунном реголите и оценка прогнозных запасов металлов в месторождениях наиболее богатой металлами категории А; - Разработка и обоснование концепции и основных характеристик мобильного приборного комплекса с буровой/каротажной установкой для поиска и оценки минерального состава и запасов летучих в лунном реголите на этапе выбора района создания лунной базы. Планируемые исследования помогут понять механизмы образования Луны, генезис и геохимические свойства лунного вещества, прежде всего, распределение и концентрацию воды, летучих и других полезных ископаемых на Луне, имеющих ключевое значение при ее освоении. В проводимых исследованиях важная роль отводится молодым участникам проекта при научном руководстве старших сотрудников. Это будет способствовать передаче знаний и компетенций, а также формированию нового поколения молодых ученых на основе творческого участия в крупных национальных проектах, сочетающих решение актуальных современных фундаментальных и прикладных задач.

Ожидаемые результаты
В настоящее время не существует единой теории происхождения Луны. Наиболее известными являются модели мегаимпакта и совместного образования Земли и Луны из единого протопланетного газопылевого образования. В рамках проекта будут проведены исследования относительного роста зародышей Земли и Луны при выпадении на них планетезималей с учетом ряда факторов, которые ранее не проводились. К этим факторам относятся: распределение планетезималей по скоростям столкновений с зародышами, распределение вещества, выброшенного при столкновениях планетезималей с зародышами, по массам и скоростям выброса; миграция выброшенного вещества, вплоть до его столкновения с зародышами Луны и Земли. Данная модель, развивающая подходы планетной космогонии, позволит вместе с тем лучше понять сравнительное количество вещества планетезималей и вещества зародыша Земли или ее верхней мантии, вошедшего в состав Луны, а также при каком распределении масс выпадавших планетезималей Луна наилучшим образом соответствует ее современному составу. С этой проблемой тесно связан вопрос о роли эндогенных и зкзогенных источников вещества при формировании Луны. Будет проведено сравнение планетарных механизмов генерации эндогенных летучих на Луне и Земле, процессов их распространения и концентрации. Путем численного моделирования процессов миграции планетезималей, астероидов, ядер комет и пыли из-за орбиты Юпитера и пояса Койпера будут получение оценки притока воды и летучих на Землю и Луну за счет экзогенного механизма на разных этапах эволюции. Будут проведены исследования происхождения лунной воды, исходя из изотопного состава водорода и кислорода в разных районах поверхности и оценены их отличия на основе отношение D/H, что позволит дополнительно уточнить вклад экзогенного источника воды. В результате экспериментов по сублимации водяного льда в лунных условиях и измерения изотопного состава водорода воды будет показано насколько отличается состав тяжелой воды на Луне от земной и ожидаемой в протопланетном облаке. В оценках будет учитываться тот факт, что средняя величина δ2Н на Земле составляет -30 ‰, а δ2Н органических соединений и воды в метеорите Мерчисон изменяется от +100÷+1000 ‰, в то время как марсианская магматическая вода имеет отношение D/H вдвое больше земного, а в Солнечной системе отношение D/H в среднем в 8 раз меньше, чем на Земле. С целью оценки вклада экзогенных источников в состав лунного вещества будут проведены эксперименты по дегазация отобранных проб и получены концентрации ювенильных летучих соединений основных типов метеоритов (обыкновенных и углистых хондритов), выпадавших на лунную поверхность. Для определения параметров удержания, выделявшихся при ударах летучих, будут проведены эксперименты по динамической адсорбции газов на двух минеральных композициях – аналогах лунного реголита морской и континентальной областях Луны. Для оценки вклада эндогенных факторов будут проведены эксперименты с плавлением и ударным преобразованием минеральной композиции, отвечающей составу верхней мантии Луны в схожих- P-T условиях. Будут промоделированы свойства летучих и параметры их связи с субстратом, что позволит выяснить основные параметры необходимые для десорбции газов. Будут также промоделированы механизмы формирования и накопления летучих на поверхности частиц реголита и последующего их захоронения на глубине, с визуализацией результатов, обеспечивающей трехмерное представление процессов при заданных расчетных условиях. С использованием разработанной лабораторной установки будут промоделированы лунные условия сублимации льда (снега) и ре-сублимации водяного пара и получены их изотопные характеристики при сверхнизких температурах. Будут рассмотрены механизмы фракционирования лунного веществ в характерных процессах, сопровождающих формирование слоя лунного реголита из пород Луны, а также вещества метеоритов и ядра кометы. В результате серий экспериментов по сублимации водяного льда будут получены изотопные отношения D/H, 13С/12C, 15N/14N и 16O/17O/18O, что позволит определять источники вещества в лунных условиях, его происхождение и эволюцию. Подобное моделирование в мировой практике не проводилось. Полученные оригинальными данные будут способствовать пониманию генезиса лунного вещества и разработке методов разработки природных ресурсов Луны. С целью детального изучения механизма формирования и накопления в лунном реголите слабосвязанных и замороженных летучих будет создана компьютерная модель и с помощью специального программного обеспечения ADF (Нидерланды) проведено молекулярно-динамическое (квантово-химическое) моделирование механизмов формирования и накопления летучих на поверхности частиц реголита с их последующим захоронением в более глубоких слоях. С изучением эндогенного источника летучих и других типов лунных ресурсов связан анализ распределения гравитационных аномалий и уточнение сети глобальных и региональных линейных разломов. В основу создания моделей тепло- и массопереноса через разломы лунной коры положено использование современных геохимических и геофизических данных; включая результаты лунных миссий (LRO, GRAIL и др.). Будут определены размеры наиболее значительных линейных гравитационных аномалий с пространственной привязкой к фигуре Луны и по построенной сети внутренних разломов лунной коры определены основные геометрические характеристики поля деформаций в ее литосфере. По данным расчетов тепло- и массопереноса с использованием диффузионной модели будет получена оценка выноса газов по разломам к лунной поверхности. Особое внимание будет уделено области вблизи южного полюса Луны, как наиболее перспективной области освоения. Применительно к свойствам лунного реголита будет изучена молекулярная кинетика процессов диффузии и механизмы, задействованные при термической экстракции, а также представлена комбинированная параметрическая численная модель, верифицированная с экспериментальными данными. Будет проведено региональное тематическое картирование видимой и полярных областей Луны. В зависимости от содержания в лунном реголите будут выделены и оконтурены на видимой стороне Луны пять категорий газовых месторождений имплантированного типа, исходя из имплантированных изотопов гелия, и оценены их прогнозные запасы. Будет проведено картирование в полярных областях выделенных аномалий водяного эквивалента водорода 0.33 вес % и более по данным миссии LRO. На основе распределения содержания аномалий будут выделены и оконтурены месторождения с максимальным содержание замороженных летучих компонентов с содержанием водяного льда в лунном реголите более 2.97 вес %. в месторождениях южной и северной полярных областей Луны и дана оценка прогнозных запасов водяного льда. Будет проведен сравнительный анализ предварительно оцененных суммарных прогнозных запасов воды и летучих в полярных областях, с учетом минимальной площади постоянно затененных холодных ловушек (кратеров) на основе существующих данных космических измерений. Будут выделены и оконтурены основные категорий месторождений титана и железа в лунном реголите и дана оценка прогнозных запасов металлов. Картирование районов распространения повышенного содержания окислов Ti (5-10%) будет проводиться по данным дистанционной спектральной съемки, которая отражает распределение ильменита в высокотитанистых морских базальтах, распространенных в экваториальной области Луны в морских районах. Будут разработана концепция создания мобильного лунного комплекса, оснащенного буровой/каротажной установкой приборами для поиска и оценки минерального состава и запасов летучих в лунном реголите на этапе выбора района создания лунной базы.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2021 году
С целью изучения генезиса лунного вещества были проведены расчеты миграции тел под влиянием планет Солнечной системы, на основании которых исследован ряд проблем, связанных с формированием Земли и Луны, включая доставку летучих к этим небесным телам. Рассматривались, в основном, результаты четырех серий расчетов: (1) тела с большими полуосями начальных орбит от 5 до 40 а.е.; (2) тела с большими полуосями начальных орбит от 3 до 5 а.е.; (3) тела в зоне питания Земли; (4) тела, стартовавшие с Земли. В сериях расчетов (3) и (4) моменты столкновений тел с планетами вычислялись путем интегрирования уравнений движения. В сериях расчетов (1) и (2) вероятности столкновений тел с планетами и Луной вычислялись на основе массивов элементов орбит мигрировавших тел, так как эти вероятности малы. Также аналогичным образом вычислялись вероятности столкновений тел с Луной в сериях расчетов (3) и (4). Показано, что суммарная масса тел с высоким содержанием воды и других летучих, доставленных к Земле из зоны питания планет-гигантов и внешнего астероидного пояса, могла быть соизмерима с массой земных океанов, если суммарная масса планетезималей в зоне питания планет-гигантов составляла около 100 масс Земли (Me) при суммарной современной массе Юпитера и Сатурна свыше 400 Me. Тела, первоначально пересекавшие орбиту Юпитера, могли сближаться с орбитой Земли в основном в течение первого миллиона лет. Большинство выпадений тел, первоначально находившихся на расстоянии от 4 до 5 а.е. от Солнца, на Землю происходило в течение первых 10 млн лет. Некоторые тела из зоны Урана и Нептуна могли выпадать на Землю через время большее 20 млн лет. С начальных расстояний от Солнца в диапазоне примерно от 3 до 3.5 а.е. отдельные тела могли выпадать на Землю и Луну через несколько миллиардов лет для модели, учитывающей только гравитационное влияние планет. Такие тела могли участвовать в «поздней тяжелой бомбардировке» (LHB) Земли и Луны. Характерное отношение количества тел, сталкивавшихся с Землей, к числу тел, сталкивавшихся с Луной, варьировалось от 20 до 40 для планетезималей из зоны питания планет земной группы. Для тел, первоначально находившихся на расстоянии от Солнца, большем 3 а.е., это отношение было в основном в диапазоне от 16.4 до 17.4. Характерные скорости столкновений планетезималей из зон питания планет земной группы с Луной варьировались от 8 до 16 км/c в зависимости от начальных значений больших полуосей и эксцентриситетов орбит планетезималей. Скорости столкновений с Луной тел, пришедших из зон питания Юпитера и Сатурна, были в основном пределах от 20 до 23 км/c. В расчетах выброса тел с Земли был рассмотрен выброс тел из точки на поверхности Земли, наиболее удаленной от Солнца, при углах выброса 30 и 45 градусов и скорости выброса Vesc, равной 11.22, 12, 12.7 и 16.4 км/с. Доля pE тел, выпадавших обратно на Землю за время Т = 10 млн лет, составила около 0.056-0.08 при Vesc, равном 11.22, 12 и 12.7 км/с, и 0.02-0.05 при Vesc=16.4 км/с. При Т = 10 млн лет отношение значений pE при углах в 45 и 30 градусов было больше при большем значении Vesc и менялось от 1.2 до 2.4. При Т = 100 млн лет значения pE были в 1.5-2 раза больше, чем при Т = 10 млн лет, и были обычно в интервале 0.11-0.16. Значения pM вероятности столкновений выброшенных тел с Луной в рассмотренных вариантах расчетов были в основном в 20-25 раз меньше pE и часто были около 0.006. Через 100 млн лет на эллиптических орбитах оставалось менее 10% тел, выброшенных с Земли. В рамках проекта разработана и создана уникальная экспериментальная установка по изучению фракционирования изотопов водорода D/H и кислорода при сублимации водного льда на Луне и начата ее отладка. Эти эксперименты необходимы для понимания происхождения воды, как важнейшего источника лунных ресурсов, в лунных условиях. При исследованиях сублимации льда необходимо исключить контакт минералов с земной атмосферой во избежание изотопного загрязнения, на что было обращено особое внимание. Отличительной особенностью разработанного реактора данной экспериментальной установки является его термостатируемая поверхность с возможностью задания требуемого градиента температур. Это позволяет получить требуемое распределение температуры по минеральной композиции, исключив, таким образом, возможность взаимодействия исследуемых летучих с открытыми поверхностями установки, которые имеют постоянную температуру около 200 ºС. Проведено моделирование распределения градиента температур термостатируемой поверхности проектируемого реактора в зависимости от подводимой мощности. Проведенные модельные эксперименты показали, что в то время как стенки камеры имеют расчетную температуру 200 ºС, основание камеры имеет градиент температур от -150 ºС в центре поверхности до 20-30 ºС на конце. Такое конструктивное исполнение реактора позволяет конденсировать пары воды только на минеральном порошке, размещенном в центре основания реактора. Установка позволяет работать с навесками весом от 30 до 50 г. С целью изучения процессов сорбции-десорбции летучих в зависимости от температуры проведены сравнительные измерения состава и содержания газов, удерживаемых хондритами различных петрологических типов. Были детально исследованы обыкновенные хондриты L3 (Aba Panu) и Н5 (NWA 12370), затем L5 (Ghubara) и Н4 (Марковка). Дегазация различных типов хондритов важна для понимания влияния теплового метаморфизма и химического состава на концентрацию удерживаемых летучих, поскольку содержание металлического железа нарастает в ряду LL - L - H. Перетертые на шаровой мельнице исследуемые метеориты (L5 и Н4) помещались в кварцевую лодочку, которую размещали в кварцевом реакторе системы для прокаливания образца с последующей дегазацией и детектированием исследуемых газов. Определение состава газов осуществлялось с помощью газового хроматографа «Кристал Люкс 4000М» с точностью порядка ppb. Перед проведением анализа образец предварительно прокаливался при температуре 75 °С в потоке гелия, чтобы избавиться от адсорбированного атмосферного воздуха. Нагрев образцов изменялся от 200 °С (300 °С для Н-хондритов) до 800 °С с шагом в 100 °С, отбор пробы проводился каждые 15 минут. Полученные результаты показали, что при увеличении степени теплового метаморфизма в Н-хондритах концентрация дегазированных компонентов уменьшается в 1,5-2 раза (в случае с азотом – на порядок). Содержание воды в метеоритах с меньшей степенью теплового метаморфизма немного выше и для обоих типов хондритов находится приблизительно на уровне 100-125 мкг/г. В основном, в случае с L-хондритами наблюдается обратная H-хондритам картина: при увеличении степени теплового метаморфизма происходит увеличение содержания газовых компонентов. Полученные данные позволяют сделать выводы о различных путях эволюции родительских тел L- и H-хондритов и служат основой для изучения свойств летучих в лунных породах, включая в дальнейшем лунные метеориты о образцы лунного грунта из коллекции ГЕОХИ РАН. С целью теоретического изучения механизмов физической и химической сорбции летучих на частицах лунного реголита с использованием приобретенного программного пакета молекулярного моделирования ADF проведены тестовые расчеты, позволяющие квантово-химическими методами вычислять ИК-спектры связанных молекул. Тестовые расчеты позволили определить энергию связи водорода, имплантированного в ячейку алфа-кварца. В дальнейшем ADF будет использоваться при изучении химических особенностей минералов, включая парциальные содержание летучих, в сопоставлении с их спектральными свойствами. Для проверки расчетов и экспериментального изучения удержания газов минералами был приобретен спектральный измерительный комплекс, включающий в себя автоматизированный ИК Фурье-спектрометр «ФТ-801» с ИК микроскопом «МИКРАН-2» (Новосибирск). Были осуществлены его монтаж и настройка. Получены предварительные ИК спектры оливина и кварца из материнской породы вулкана Авачинский, имеющие хорошее совпадение с библиотечными данными. Исходя из принятой модели, вещество Луны формировалось из исходного материала зародыша и планетезималей вследствие эндогенных и экзогенных процессов, обусловивших внутреннее строение, фигуру, геохимические свойства, морфологию поверхностных структур, неоднородности минерального состава и распределения летучих. В геологической истории Луны эндогенные процессы, происходившие в течении примерно первого миллиарда лет, были обусловлены главным образом радиоактивным распадом нестабильного изотопа калия 40К с периодом полураспада 1.28 млрд. лет. С остыванием Луны, сопровождавшим период интенсивной вулканической активности и мощных импактных процессов, связывают формирование коры и мантии Луны и возникновение тепловых и гравитационных напряжений в литосфере, включая наличие протяженных разломов и гравитационных аномалий. Данные спутниковой миссии GRAIL выявили ряд удлиненных линейных гравитационных аномалий (ЛГА), позволяющих численно оценить тепловое расширение литосферы Луны. Итоговая нагрузка является композицией растягивающих (центробежные, приливные и тепловое расширение) и сжимающих (гравитация) сил. В предположении сферической симметрии нами были получены общие выражение для компонент тензоров деформаций и напряжений. При задании распределения температуры в литосфере Луны, можно определить возникающие тепловые напряжения и деформации и сравнить их с гравитационными. Был рассмотрен простой случай постоянного теплового потока, Q, идущего из мантии Луны за счет радиоактивного разогрева. Для решения задач сложной геометрии использовалось специальное программное обеспечение COMSOL Multiphysics. Оно позволяет решать методом конечных элементов ряд комбинированных физико-химических задач, где одновременно исследуются взаимосвязанные явления тепло- и массопереноса, механические напряжения, движения вязкой жидкости в пористой среде и другие сложные процессы геотектоники. Нами использован COMSOL при изучении конкретного примера интрузии базальтовой магмы с начальной температурой 1200 С в анортозитовую кору с температурой 1000 С и толщиной 100 км. В симметричной двухмерной постановке задаче рассматривался домен представляющий половину сечения вмещающих пород глубиной 100 км и горизонтальной протяженностью 500 км с интрузиями двух видов – таблитчатой (прямоугольной) и выклинивающейся (треугольной). Были рассчитаны поля температур от заданного начального момента времени на интервалах 10 тысяч и 100 тысяч лет. Для различных моментов времени построены графики распределения температуры поверхности непосредственно над интрузиями. Исследования генезиса и геохимии лунного вещества лежат в основе решения прикладных задач по распределению и оценкам содержания в лунном реголите воды и других летучих, наряду с оценками прогнозных запасов металлов, с чем непосредственно связаны перспективы освоения Луны. В отчетный период были изучены концентрация и распределение изотопов имплантированного гелия в лунном грунте на основе прямых измерений в минералах различного состава и структуры, в валовом составе реголита в районах распространения морских низкотитанистых и высокотитанистых базальтов и материковых анортозитов. Выделены пять основных категорий прогнозных запасов гелия в различных геологических комплексах, отличающихся разным валовым составом реголита и подстилающих пород, разным содержанием гелия и разной толщиной реголита. Рассчитаны прогнозные запасы изотопов гелия в каждой из категорий и на всей поверхности Луны, которые для изотопов гелия-3 составляют около 1.3×10^6 тонн, а для изотопов гелия-4 - около 3.5×10^9 тонн. По аналогии можно грубо оценить содержания в лунном реголите других газовых месторождений имплантированного типа. В результате анализа распределения содержания TiO2 на поверхности видимого полушария Луны по данным оптической съемки КА Клементина были выделены и оконтурены площади с различным содержанием главного рудного минерала ильменита, являющегося основным источником титана и железа. Оцененная суммарная площадь месторождений с максимальным содержанием титана (TiO2 > 8 мас. %) составляет более 700 000 км2. Основная концентрация ильменита наблюдается в Океане Бурь и в Море Спокойствия. Прогнозные запасы титана в лунном реголите в месторождениях категории А оцениваются в 1.5×10^11 тонн, а железа в 1.8×10^11 тонн. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет (url-адреса), посвященные проекту): https://sciencejournals.ru/view-article/?j=geokhim&y=2021&v=66&n=11&a=GeoKhim2111007Marov https://www.hou.usra.edu/meetings/metsoc2021/pdf/6040.pdf https://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2021/EPSC2021-100.html https://ms2021.cosmos.ru/docs/2021/12ms3_book_5.pdf https://www.hou.usra.edu/meetings/metsoc2021/pdf/6031.pdf

 

Публикации

1. Воропаев С., Ботгер У., Павлов С., Ханке Ф., Петухов Д. Raman spectra of the Markovka chondrite (H4) John Wiley & Sons, Incorporated, Journal of Raman spectroscopy, 2021, p. 1-9 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1002/jrs.6147

2. Воропаев С.А., Нугманов И.И., Душенко Н.В., Кузьмина Т.Г., Корочанцев А.В., Сенин В.Г., Елисеев А.А., Джинго Я. Взаимосвязь состава, структуры и механических свойств Н5 хондритов на примере NWA 12370 и Pultusk Pleiades Publishing, Inc., Астрономический Вестник, 2021, том 55, № 5, с. 416–426. (год публикации - 2021) https://doi.org/10.31857/S0320930X2105008X

3. Маров М.Я., Ипатов С.И. Формирование Земли и Луны: влияние малых тел Геохимия, т. 66, N 11, с. 964-971 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.31857/S0016752521110078

4. Воропаев С.А., Елисеев А.А., Душенко Н.В., Федулов В.С. Experimental Study of L3 Aba Panu Meteorite's Degassing Meteoritics and Planetary Science, v. 56, issue S1, #6031, p. 279 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1111/maps.13727

5. Ипатов С.И. Delivery of bodies to the Earth and the Moon from the zone of the outer asteroid belt Meteoritics and Planetary Science, V. 56. Issue S1, #6040, p. 113. (год публикации - 2021) https://doi.org/10.1111/maps.13727

6. Ипатов С.И. Migration of planetesimals to the Earth and the Moon from the region of the outer asteroid belt abstracts of European Planetary Science Congress 2021, Vol. 15, EPSC2021-100 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.5194/epsc2021-100

7. Ипатов С.И. Формирование планет земной группы и Луны Тезисы Всероссийской астрономической конференции 2021 года (23-28 августа 2021 года, Москва). «Астрономия в эпоху многоканальных исследований», cтр. 226 (год публикации - 2021)

8. Ипатов С.И., Маров М.Я. Столкновения малых тел с формирующимися Землей и Луной Тезисы Международной конференции "VII Бредихинские чтения" (24-28 мая 2021 г., г. Заволжск), c. 20-22 (год публикации - 2021)

9. Ипатов С.И., Маров М.Я. Collisions of planetesimals with the Earth and the Moon 12th Moscow International Solar System Symposium, 11-15 October 2021, IKI, Moscow, Russia, p. 293-295 (год публикации - 2021) https://doi.org/10.21046/12M-S3


Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Проведены расчеты эволюции орбит тел, выброшенных с Земли или Луны, и расчеты вероятностей их столкновений с Землей, Луной и другими планетами. Рассматривался выброс тел с шести противоположных точек поверхности Земли, а также с Луны. Был расширен диапазон рассмотренных скоростей и углов выброса тел. Движение тел, выброшенных с Земли или Луны, под гравитационным влиянием всех планет изучалось в течение динамического времени жизни всех тел, которое в вариантах расчетов составляло около 200-500 млн лет. Предполагается, что такой выброс часто возникал на стадии аккумуляции Земли и поздней тяжелой бомбардировки. Вычислялись вероятности столкновений выброшенных тел с Землей, Луной и другими планетами в зависимости от точки выброса, скорости выброса и угла выброса (отсчитываемого от плоскости поверхности или из другой параллельной плоскости). Завершена разработка экспериментальной изотопной установки в ГЕОХИ РАН. Установка состоит из реактора, изготовленного из нержавеющей стали, и трех металлических ловушек, охлаждаемых жидким азотом. Подключенный изотопный масс-спектрометр позволяет измерять изотопный состав водяных паров испаряющегося льда и скорость сублимации при заданных физико-химических условиях. Вверху реактора расположен фланец с прозрачным иллюминатором из кварца, через который с помощью галогенной лампой можно нагревать поверхность исследуемого вещества. Конструкция разработанной установки позволяет воспроизводить процессы сублимации льда (снега) и конденсации водяного пара при условиях освещенности, имитирующих различные регионы лунной поверхности. Начато проведение серии тестовых измерений изотопного фракционирования молекул HDO и H2O водяного пара при (ре)сублимации как чистого, так и «загрязненного» водного льда с известным изотопным составом при температурах в интервале от -20 °С до -70 °С для сравнения с существующими литературными данными. С целью подготовки экспериментов начато изучение лунного метеорита NWA 7611 из коллекции ГЕОХИ РАН. Помимо основных силикатов, обнаружен ряд вспомогательных минералов, таких как кварц (SiO2), камасит (FeNi), троилит (FeS), ильменит (FeTiO3), фосфид железа (Fe3P) и титанистый хромит (FeCrTiO3). Неожиданной оказалась находка редкого минерала – титаноцирконата кальция, кальциртита (CaZr3TiO9), что является индикатором ультраосновных щелочных магм. Сравнение совокупности данных по химическому составу минералов NWA 7611 и результатов удаленного зондирования станциями Clementine и Lunar Prospector, позволяет предположить возможное место его происхождения – юго-восточная окраина моря Восточное (Mare Orientale). Количественно изучена дегазация при изотермическом отжиге двух углистых хондритов различных типов: Allende (CV3) и Murchison (CM2), представляющих разные по интенсивности степени гидротермального метаморфизма исходного вещества Солнечной системы – углистых хондритов (CI). После дегазации при трех характерных температурах – 200 °С, 500 °С и 800 °С получены ИК-спектры и проведен сравнительный петрологический анализ для установления структурных изменений минеральной композиции. Помимо изотопного состава выделяющихся газов CO2 (δ13C от -5.67 ‰ до 0.05 ‰) и CO (δ13C от -8.9 ‰ до -8.41 ‰), мы показали, что по мере разложения и дегазации простых алифатических, аминовых и содержащих серу соединений, остаток Murchison приобретает все более облегченный изотопный состав по углероду. Для получения высококачественных ИК-спектров связанных летучих в минералах лунных образцов, были закуплены и успешно использованы для измерений с использованием метода нарушенного полного внутреннего отражения (НПВО) две приставки: 1) универсальная приставка НПВО-ЗДО с элементом из селенида цинка; 2) универсальная приставка НПВО-АТ с нагреваемым алмазным элементом НПВО и блоком контроллера температуры до 220 °С с регулируемым подогревом образца. Обе приставки позволяют детально исследовать ИК-спектры как номинально безводных минералов, так и минералов со структурно связанной водой. В рамках проекта на инфракрасном фурье-спектрометре ФТ-801 с помощью НПВО приставок были получены спектры пропускания сухих остатков вещества Murchison и Allende после отжига. Съемка производилась в диапазоне 4000 – 400 1/см-1 (2,5 – 25 мкм) с разрешением 2 1/см. Для сравнительного петрологического анализа мы использовали метод Рамановской спектроскопии, хорошо показывающий структурные изменения минеральной композиции. Полученные спектры комбинационного рассеяния (КР) минералов зерен и матрицы Allende свидетельствуют о сложном многоэтапном процессе гидротермального преобразования родительского тела. Примерную оценку максимальной температуры теплового метаморфизма (PMT), испытанного родительским телом Allende, можно получить с помощью Рамановской термометрии G и D линий графитизированного органического вещества. Существует ряд моделей, использующих частоты G и D , их полуширины, отношение интенсивности линий и другие параметры спектра. Используя среднее значение полуширины Wd ≈ 65, полученное из КР спектров зерен Allende, его PMT по можно оценить как 638 °C. Отдельно рассмотрен важный класс обыкновенных хондритов (тип H), составляющих 40% от общего числа падений метеоритов. На примере Dhajala (H3.8) показано, что наличие самородного железа в составе должно оказывать сильное буферирующее действие на количество свободного кислорода в смеси газов. Исходя из минеральной композиции Djajala, можно ожидать парциальное давление кислорода в интервале буфера IW-WM, т.е. в логарифмической шкале 10^-19-10^-18. Исходя из экспериментальных данных по его дегазации можно сделать вывод, что наблюдаемое отношение CO2/CO близко к равновесному, а отношение H2O/H2 явно завышено. Это может свидетельствовать о существенно неравновесной начальной минеральной композиции Dhajala, содержащей значительное количество «лишней» воды (например, в виде льда). Были начаты исследования (де)сорбции воды и газов на основных минералах лунного реголита. Большую проблему при такого рода анализах представляет «ювенильная» вода и газы, находящиеся исходно в исследуемом образце. Химически связанная вода, как правило, в виде –OH групп, входит в кристаллическую решетку минерала, определяя его формулу. Это всевозможные гидросиликаты, глины и слюды характерные для условий Земной поверхности, но не существующие массово на Луне. Тем не менее их присутствие возможно в полярных районах, где в частично затененных кратерах (cold traps) в течение лунного дня возможен прогрев реголита. С целью корректного учета «ювенильной» воды и газов при экспериментах с основными минералами лунного реголита, мы провели ряд калибровочных экспериментов на термоприставке НПВО-АТ с одновременным измерением ИК-спектров и повышением температуры от 30 °С до 200 °С, с шагом в 50 °С и остановкой на 5 минут при каждой выбранной температуре – 30, 75, 130 и 200 °С. Для теоретического исследования особенностей адсорбции молекул воды на поверхности минералов квантово-механическими методами были выбран кварц и оливин как простые модельные минералы. Полученные результаты позволяют детально оценить ИК спектры сорбированных молекул воды на поверхности кварца и оливина, в том числе с дефектной структурой. Изучены данные Лунного исследовательского нейтронного детектора (LEND) на КА LRO и карты распределения водяного эквивалента водорода (ВЭВ) на основе скорости счета и подавления надтепловых нейтронов в полярных областях Луны. В рамках проекта они были обработаны в системе ARCGIS и преобразованы в карту распределения с разрешением 625 м на цифровой модели рельефа с аналогичным разрешением. Выделены пять основных категорий территорий в зависимости от содержания водяного льда в мас. %: V (> 0.1-0.2), IV (> 0.2-0.3), III (> 0.3-0.4), II (>0.4-0.5), I (> 0.5-0.53). Оцененные в результате исследования общие прогнозные запасы во всех пяти выделенных категориях в Северной полярной области составляют около 8.8×10^8 тонн, а в Южной полярной области около 7.6×10^8 тонн.

 

Публикации

1. Воропаев С.А., Душенко Н.В., Федулов В.С., Сенин В.Г. Особенности дегазации азота хондрита Dhajala (H3.8) Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 2023 г., Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки (год публикации - 2023)

2. Воропаев С.А., Кривенко А.П. Оценка температурных напряжений в литосфере ранней Луны Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, том 508, Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки (год публикации - 2023)

3. Ипатов С.И. Formation of the terrestrial planets and the Moon Astronomy at the epoch of multimessenger studies. Proceedings of the VAK-2021 conference ( Aug 23–28, 2021). Ed. by A.M. Cherepashchuk et al. — Moscow, Janus-K. 2022, Astronomy at the epoch of multimessenger studies. Proceedings of the VAK-2021 conference ( Aug 23–28, 2021). Ed. by A.M. Cherepashchuk et al. — Moscow, Janus-K. 2022. P. 236-237. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.51194/VAK2021.2022.1.1.083

4. Ипатов С.И. Migration of planetesimals to planets located in habitable zones in the Solar System and in the Proxima Centauri system Astronomy at the epoch of multimessenger studies. Proceedings of the VAK-2021 conference ( Aug 23–28, 2021). Ed. by A.M. Cherepashchuk et al. — Moscow, Janus-K. 2022, Astronomy at the epoch of multimessenger studies. Proceedings of the VAK-2021 conference. 2022. P. 238-239. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.51194/VAK2021.2022.1.1.084

5. Ипатов С.И. Migration of bodies ejected from the Earth and collided with the Earth and the Moon Abstracts of 53nd Lunar and Planetary Science Conference, Abstracts of 53nd Lunar and Planetary Science Conference (The Woodlands, Texas - March 7–11, 2022), 2002. #1298, 2 pages (год публикации - 2022)

6. Маров М.Я., Ипатов С.И. Процессы миграции в Солнечной системе и их роль в эволюции Земли и планет Успехи физических наук, 2023, Т. 193. N 1. С. 2-32 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.3367/UFNr.2021.08.039044

7. Воропаев С.А., Душенко Н.В., Федулов В.С., Сенин В.Г. Electronic Probe Study of Dhajala (H3.8) Meteorite’s Main Minerals Meteoritics and Planetary Science, Meteoritics and Planetary Science. 2022. Volume 57, Issue S1. P. A209 (год публикации - 2022)

8. Воропаев С.А., Кривенко А.П. Some features of the early Moon’ degassing Труды международной конференции, Тринадцатый Московский Симпозиум по Исследованиям Солнечной Системы, 13M-S3, 10-14 Октября, 2022. ИКИ РАН, Москва, Труды международной конференции, Тринадцатый Московский Симпозиум по Исследованиям Солнечной Системы, 13M-S3, 10-14 Октября, 2022. ИКИ РАН, Москва, стр.99-101 (год публикации - 2022) https://doi.org/10.21046/13MS3-2022

9. Ипатов С.И. Probabilities of collisions of bodies ejected from the Earth with planets and the Moon. Meteoritics and Planetary Science, Meteoritics and Planetary Science. 2022. Volume 57, Issue S1. P. A209. (год публикации - 2022)

10. Ипатов С.И. Migration of bodies ejected from the Earth into heliocentric orbits Abstracts of IAU General Assembly (Busan, South Korea, Aug. 2-11, 2022), Abstracts of IAU General Assembly (Busan, South Korea, Aug. 2-11, 2022). 2022. No 3107. P. 1398. (год публикации - 2022)

11. Ипатов С.И. Migration of bodies to the Earth from different distances from the Sun Abstracts of IAU General Assembly (Busan, South Korea, Aug. 2-11, 2022), Abstracts of IAU General Assembly (Busan, South Korea, Aug. 2-11, 2022). 2022. No 3066. P. 708. (год публикации - 2022)

12. Ипатов С.И. Probabilities of collisions of bodies ejected from the Earth with the terrestrial planets and the Moon Thirteenth Moscow Solar System Symposium (13M-S3) (October 10-14, 2022, Moscow, the Space Research Institute), Thirteenth Moscow Solar System Symposium (13M-S3) (October 10-14, 2022, Moscow, the Space Research Institute). ISBN: 978-5-00015-057-3. DOI: 10.21046/13MS3-2022. 2022. 13MS3-SB-11. P. 264-266. (год публикации - 2022) https://doi.org/10.21046/13MS3-2022

13. Ипатов С.И. Вероятности выпадений на Землю и Луну тел, выброшенных с Земли при выпадениях на нее тел-ударников Тезисы Научно-практической конференции с международным участием «Околоземная астрономия–2022», Тезисы Научно-практической конференции с международным участием «Околоземная астрономия–2022» (18 ̶ 21 апреля 2022 г., Москва). http://www.inasan.ru/wp-content/uploads/2022/04/Abstract-Book-2022.pdf. 2022a. с. 120-123. (год публикации - 2022)

14. Ипатов С.И. Вероятности выпадений тел, выброшенных с Земли при выпадениях на нее тел-ударников, на планеты и Луну Тезисы Всероссийского Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии, Тезисы Всероссийского Ежегодного семинара по экспериментальной минералогии, петрологии и геохимии (ВЕСЭМПГ-2022, 19-20 апреля 2022г.). 2022с. ВЕСЭМПГ 2022 – 045. С. 47. 1 стр. (год публикации - 2022)

15. Ипатов С.И., Маров М.Я. Миграция тел к Земле и Луне с различных расстояний от Солнца Тезисы Научно-практической конференции с международным участием «Околоземная астрономия–2022», Тезисы Научно-практической конференции с международным участием «Околоземная астрономия–2022» (18 ̶ 21 апреля 2022 г., Москва). http://www.inasan.ru/wp-content/uploads/2022/04/Abstract-Book-2022.pdf. с. 162-164. (год публикации - 2022)

16. Ипатов С.И. Вероятности столкновений тел, выброшенных с Земли и Луны, с планетами земной группы и Луной Материалы XXIII международной конференции "Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле", Материалы XXIII международной конференции "Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле" (26 сентября - 2 октября 2022 года, Москва). ISBN 978-5-88918-069-2. ISSN 2686-8938. 2022b. С. 104-107 (год публикации - 2022)

17. - Экспериментальная установка для изучения процессов фракционирования изотопов при сублимации и ресублимации Информационный Интернет-портал ФГБУН ГЕОХИ, Опубликована 09.12.2022 (год публикации - )


Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В 2023 году для ранней Солнечной системы были расcчитаны орбиты тел, выброшенных с Земли или Луны при ударах планетезималей, и вероятности их последующих посторных столкновений с Землей, Луной и другими планетами. Рассматривался выброс тел с шести противоположных точек поверхности Земли и с Луны, для ряда значений скоростей и углов выброса тел. Движение тел, выброшенных с Земли или Луны в результате ударов, изменяющиеся под гравитационным влиянием остальных планет Солнечной системы, изучалось в течение динамического времени жизни «осколков» в интервале 200-500 млн лет. Вычислялись вероятности столкновений выброшенных тел с Землей, Луной и другими планетами в зависимости от точки выброса, скорости выброса и угла выброса». В рассматриваемых расчетах движения тел, выброшенных с Земли, большинство «осколков» покидали сферу Хилла Земли и двигались по гелиоцентрическим орбитам. Тела, выброшенные с Земли, могли участвовать в формировании внешнего слоя Луны. Расчеты свидетельствует в пользу нахождения крупного лунного зародыша вблизи Земли изначально. Масса тел, выброшенных с Луны и выпавших на Землю, могла быть сравнима с массой тел, выброшенных с Земли и выпавших на Луну. С помощью отлаженной в рамках проекта криовакуумной изотопной установки, в 2023 г. проведен ряд экспериментов по изучению связи изотопного фракционирования водорода и кислорода при различных скоростях сублимации водяного льда в условиях, приближенных к лунным (вакуум, низкие температуры). Рассматривалось влияние физических и кристалло-химических свойств основных минеральных композиций, входящих в состав лунного реголита морской и континентальной областей Луны. Методом изотопной масс-спектрометрии выявлены зависимости изотопных эффектов, сопровождающих процесс сублимации водяного льда с поверхности основных лунных пород (морских и континентальных) от скорости сублимации при различных температурах. Представлены новые данные по фракционированию изотопов кислорода изотопологов воды (молекулы, содержащие «легкие» и «тяжелые» изотопы водорода и кислорода, D/H и 18O/16O), что в совокупности ранее в мире не исследовались. Проведенное теоретическое и экспериментальное исследование процесса сублимации льда воды (инея), показало вклад нескольких неизвестных ранее физико-химических параметров в кинетику и физику процессов сублимации. Полученные данные по фракционированию изотопов водорода и кислорода в процессе удержания воды в реголите и сублимации ее с поверхности реголита, могут быть использованы в моделях, описывающих геохимические особенности областей Луны, представляющих интерес с точки зрения поисков и добычи ресурсов, необходимых для успешной работы долговременных лунных миссий. В 2023 году были изучены особенности ИК спектров различных изотопных форм воды (-OH, -OD, H2O, HDO и D2O), входящих в кристаллическую структуру основных породообразующих минералов лунных морских базальтов – оливины. Представлены результаты численного моделирования (модуль CUSTEP, ПО Biovia Materials Studio) и экспериментальных исследований с помощью ИК Фурье спектрометра. Показано, что форстерит может содержать гидроксильные группы –OH(D), но слабо удерживает молекулярную воду H(D)2O в своей кристаллической решетке. Для проверки возможности удержания различных изотопных форм воды форстеритом экспериментально получены ИК спектры «влажного» минерала при комнатной температуре. Было проведено сравнение полученных численными расчетами ИК спектров форстерита, содержащего изотопологи воды, с результатами наблюдений АМС Чандраян-1 и SOFIA. Поскольку моделирование показали, что оливины слабо удерживают молекулярную воду в своей кристаллической структуре, то имплантация протонов солнечным ветром в течение лунного дня является для них основным, регулярно обновляемым, источником водорода в виде –OH. Расчеты показали, что оптический показатель отражения «сухого» форстерита существенно отличается от «влажного», т.е. содержащего –OH/-OD группы, в областях 100-500 см-1, 900-1000 см-1 и 2000-2100 см-1 из-за дополнительного взаимодействия атомов кристаллической решетки c водородом, т.н. либрационные колебания. Орбитальные АМС со спектрометрами, работающие в средней и дальней ИК области, смогут определить наличие и изотопный состав –OH/-OD гидроксильных групп в базальтах лунных морей. В 2023 г. был проведен ряд ударных экспериментов в центре «Экспериментальная физика быстропротекающих процессов» МГТУ им. Н. Э. Баумана, имитирующем удар метеорита о лунную поверхность. В качестве мишени использовались земные базальты и плагиоклазы – аналоги лунных пород, в качестве ударника – химически чистый цинк. Этот металл был выбран поскольку он присутствует в метеоритах в значимой концентрации и является легко мобилизуемым (летучим) при ударах. Чтобы избежать окисления формирующихся в ходе улара агглютинатов и раздробленных минеральных зерен, образцы помещались в специальную камеру, где находились постоянно в парах азота. Порошки минералов собирались после ударных экспериментов, очищались от посторонних примесей и передавались на изотопный анализ цинка. Наличие ряда стабильных изотопов 68Zn/67Zn/66Zn/64Zn и особенности их фракционирования позволили лучше понять механизмы обогащения цинком лунного реголита. После наработки достаточного количества ударно-переработанного вещества, было проведено изучение особенностей кинетики термической экстракции и диффузии газов с учетом агглютинатов на модифицированной лабораторной установке дегазации с узлом обдува. Содержание газов было подобрано по составу и пропорциям близкое к обнаруженным в лунном реголите по данным LCROSS (в % по объему): H2 – 5.06%, N2 – 5.12%, CH4 – 5.05%, CO2 – 5.12%, CO – 5.22%. Для экспериментов по сорбции газов мы выбрали три типичные минеральные композиции. Поскольку анортит является преобладающим минералом лунных анортозитов, то базовая минеральная композиция сравнения содержала чистый анортит. Двумя другими композициями были ударно переработанные породы авачиты и плагиоклазы, содержащие агглютинаты. Перед проведением экспериментов по сорбции газов, все минеральные композиции были предварительно отожжены при 700°С, чтобы избавиться от сорбированной влаги воздуха и самого воздуха. Результаты исследований были использованы для настройки специализированного ПО Comsol Multiphysics с целью создания комбинированной численной модели диффузии газов с адсорбцией в лунном реголите. В 2023 г. закончена обработка данных лунного нейтронного детектора LEND на АМС LRO в системе ARCGIS. Построена детальная карта распределения скорости счета эпитермальных нейтронов с пространственным разрешением 625 метров в Южной полярной области Луны от -60 до -90 градусов широты. Учтено, что ослабление потока эпитермальных лунных нейтронов связано с их поглощением водородосодержащими летучими и прежде всего с водяным льдом в лунном грунте в пределах 1 м верхнего слоя реголита, т.е. на глубину проникновения высокоэнергичных ГКЛ – источника генерации нейтронов. Построена регулярная сеть точек через интервалы в 0.1 градуса широты и долготы, и каждой точке присвоены значения растровых ячеек со слоя цифровой модели рельефа и слоя интенсивности отраженного нейтронного потока. Изучено распределения альбедо нейтронов в зависимости от высоты рельефа по долготе с различными интервалами широт и выявлены связи распределения интенсивности подавления нейтронов и, соответственно, содержания водяного эквивалента водорода (ВЭВ) в лунном грунте, с локальными и региональными формами. Ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет посвященные проекту: https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2023/pdf/1508.pdf , http://www.inasan.ru/wp-content/uploads/2023/08/Abstract-book_1.pdf. https://ms2023.cosmos.ru/docs/2023/14ms3_ABSTRACT-BOOK-2023-10-06.pdf http://www.geokhi.ru/DocLab17/RASEMPG__2023.pdf https://ms2023.cosmos.ru/docs/2023/14ms3_ABSTRACT-BOOK-2023-10-06.pdf https://www.hou.usra.edu/meetings/lpsc2023/pdf/2156.pdf

 

Публикации

1. Воропаев С.А., Душенко Н.В., Кривенко А.П., Федулов В.С., Рязанцев К.М., Корочанцев А.В. Особенности дегазации углистого хондрита Allende (CV3) в интервале температур 200-800 С Астрономический Вестник. Исследования Солнечной системы., т.57, N 6, стр. 583-594 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0320930X23050079

2. Воропаев С.А., Кривенко А.П., Душенко Н.В. Раман-геотермометр для углистых хондритов ДОКЛАДЫ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК. ФИЗИКА, ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ, т.512, стр. 69-72 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S2686740023050139

3. Воропаев С.А., Федулов В.С., Душенко Н.В., Джианго Я., Маров М.Я. Особенности ИК-спектров оливинов, содержащих изотопологи воды Pleades Publishing, Космические исследования (год публикации - 2024)

4. Воропаев С.А.,Душенко Н.В., Федулов В.С., Корочанцев А.В. Особенности дегазации углистого хондрита Murchison (CM2) в интервале температур 200-800 С Астрономический Вестник. Исследования Солнечной системы., т.57, N 6, стр.571-582 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0320930X23050067

5. Ипатов С.И. Рост Луны за счет тел, выброшенных с Земли Астрономический Вестник. Исследования Солнечной системы., т.58, N 1 (год публикации - 2024)

6. Севастьянов В.С., Кривенко А.П., Воропаев С.А., Маров М.Я. Исследования изотопного фракционирования D/H водного льда лунного реголита Астрономический Вестник. Исследования Солнечной системы., т. 57, N 6, стр. 491-502 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.31857/S0320930X23060063

7. Ипатов С.И. Collisions of bodies ejected from several places on the Earth and the Moon with the terrestrial planets and the Moon Abstracts of 54nd Lunar and Planetary Science Conference, Abstracts of 54nd Lunar and Planetary Science Conference (The Woodlands, Texas - March 13–17, 2023), #1508. (год публикации - 2023)

8. Ипатов С.И. Обмен метеоритами между Землей и Луной Тезисы Международной конференции "VII Бредихинские чтения" (4-8 сентября 2023 г., г. Заволжск). С. 32-33., Тезисы Международной конференции "VII Бредихинские чтения" (4-8 сентября 2023 г., г. Заволжск). С. 32-33. (год публикации - 2023)

9. Ипатов С.И. Migration of bodies ejected from the Earth and the Moon Abstracts of Fourteenth Moscow Solar System Symposium (14M-S3) (October 9-13, 2023, Moscow, the Space Research Institute), Abstracts of Fourteenth Moscow Solar System Symposium (14M-S3) (October 9-13, 2023, Moscow, the Space Research Institute), P. 274-276. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.21046/14MS3-2023

10. Слюта Е.Н., Турчиновская О.И. Helium-3 in the Lunar Soil Springer Cham, Advances in Geochemistry, Analytical Chemistry, and Planetary Sciences. Eds. Kolotov V.P. and Bezaeva N.S. Springer, Chapter 5, p. 375-396. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1007/978-3-031-09883-3_21


Возможность практического использования результатов
Результаты проекта по изучению изотопных эффектов при сублимации водного льда могут быть использованы как технологический задел для поддержки работы долговременных космических миссий при освоении Луны.