Skały i minerały Księżyca

Skład powierzchni Księżyca i sposoby fotograficznego rozróżniania minerałów

Barwne zdjęcia Księżyca należą do rzadkości. Zwykła fotografia RGB nie przyniesie wielu kolorów (jeżeli jakichkolwiek w ogóle), a na domiar "złego" do fotografowania Księżyca używa się zazwyczaj monochromatycznych kamer i filtrów podczerwonych do ograniczenia wpływu seeingu, czy dyspersji atmosferycznej gdy Księżyc jest nisko nad horyzontem.

Istnieją dwie opcje na kolorowy Księżyc - jedna do fotografie RGB o podkręconych barwach. Techniki podkręcania barw Księżyca opisane są w sieci, np. na colormoon.pt.to. Druga opcja to wykorzystanie pasm absorpcji minerałów wchodzących w skład księżycowych skał i regolitu. Część z nich znajduje się w zasięgu "zwykłych" kamer, z których korzystamy na co dzień fotografując Księżyc, czy planety.

By móc zróżnicować barwami różne skały musimy zapoznać się z listą występujących na Księżycu minerałów i skał. Naukowcy zbadali Księżyc bardzo dokładnie, więc nam pozostaje przeanalizowanie danych i wybranie odpowiednich filtrów.

Księżyc w podkręconych kolorach

Księżyc w podkręconych kolorach

Barwne mapy zawartości TiO2 i FeO na podstawie indeksów wyliczanych z pasm 750, 950 i 420 nm

Barwne mapy zawartości TiO2 i FeO na podstawie indeksów wyliczanych z pasm 750, 950 i 420 nm

Księżycowe skały

Skład skał księżycowych jest bardzo ważny, gdyż każdy minerał ma swoje charakterystyczne pasma absorpcji. Geologia skał księżycowych została opisana na wikipedii. Oto najbardziej interesujące nas fragmenty:

Skały księżycowe dzielą się na dwie główne kategorie: skały mórz oraz wyżyn. Wyżyny są zbudowane przede wszystkim z zawierających ciężkie pierwiastki skał plutonicznych oraz brekcji regolitowych. Z kolei skały morskie, ze względu na skład chemiczny, dzielą się na 3 kategorie: wysokotytanowe, niskotytanowe i VLT, czyli o bardzo niskiej zawartości tytanu.

Wulkaniczne skały wyżynne tworzą 3 główne grupy: żelazowo-anortozytowe, magnezowe oraz alkaliczne. Skały żelazowo-anortozytowe składają się prawie wyłącznie z minerału anortozytu (>90% plagioklazów) i w mniejszym stopniu z anortozytowego gabro (70-80% plagioklazów). Skały tej grupy są najpowszechniejszymi skałami wyżyn. Plagioklazy te zawierają - porównując do warunków ziemskich - niezwykle dużo anortytu (94-96%).

Skały magnezowe składają się przede wszystkim z dunitów (>90% oliwinu), troktolitów (oliwinowo - plagioklazowych) i gabro (plagioklazowo - piroksenowego) o relatywnie wysokim stosunku Mg/Fe w cięższych minerałach i zawartości anortytu w plagioklazach w granicach 86 - 93%

Nazwa "skały alkaliczne" pochodzi od dużej zawartości metali alkalicznych. w ich skład wchodzą alkaliczne anortozyty zbudowane z sodowych plagioklazów, noryty (plagioklazowo - ortopiroksenowe) i gabronoryty (plagioklazowo - klinopiroksenowo - ortopiroksenowe) o podobnym składzie plagioklazów jak w przypadku skał magnezowym, lecz większej od nich zawartości żelaza.

Brekcje księżycowe to wspólna nazwa dla szklistych witrofirów i brekcji oraz dla brekcji regolitowych. Dwa pierwsze rodzaje skał powstały podczas uderzeń meteorytów i wtedy też uległy zeszkleniu: witrofiry znajdują się wewnątrz kraterów uderzeniowych, brekcje zaś stanowią materię wyrzuconą podczas zderzenia i zalegają dookoła tych zagłębień; brekcje regolitowe charakteryzują się dużo mniejszym stopniem zeszklenia. Jako że skały te są starsze niż księżycowe morza, na powierzchni występują one niezwykle rzadko.

Nazwa "bazaltów morskich" powiązana jest z ich dominującą rolą w tworzeniu mórz księżycowych. Bazalty te wykazują wiele podobieństw do swych ziemskich odpowiedników.

Granit

Granit

Bazalt

Bazalt

Gabro

Gabro

Dioryt

Dioryt

Skład mineralny skał wyżynnych

  Plagioklaz Piroksen Oliwin Ilmenit
Anortozyt 90% 5% 5%

0%

Noryt 60% 35% 5%

0%

Troktolit 60% 5% 35%

0%

Skład mineralny bazaltów morskich

  Plagioklaz Piroksen Oliwin Ilmenit
O wysokiej zawartości tytanu 30% 54% 3% 18%
O niskiej zawartości tytanu 30% 60% 5% 5%
O b. niskiej zawartości tytanu 35% 55% 8% 2%

Księżycowe minerały

Skały księżycowe składają się z minerałów należących do kilku szeregów. Przegląd minerałów występujących na Księżycu zawarty jest w dokumencie Significant Lunar Minerals.
Minerały obecne na Księżycu

Plagioklazy

Plagioklazy to szereg minerałów skałotwórczych o składzie mieszanym z grupy skaleni. Podział na poszczególne minerały w tym szeregu jest umowny i wynika z bardzo złożonej struktury tych minerałów. Za praktycznie czysty glinokrzemian wapnia przyjmuje się anortyt, a za praktycznie czysty glinokrzemian sodu - albit. Mieszanki tych minerałów tworzą inne minerały takie jak oligoklaz, andezyn, labrador, czy bytownit.

Plagioklazy w paśmie dostępnym dla kamer nie posiadają pasm absorpcji. Przy 850-900 nm mają jednak pasmo o podwyższonym współczynniku odbijania światła.

Andezyt

Andezyt

Ortoklaz i Plagioklaz

Ortoklaz i Plagioklaz

Anortyt (anorthite) to najpospolitszy przedstawiciel plagioklazów na Księżycu. Czysty Anortyt, glinokrzemian wapnia ma skład Ca[Al2Si2O8]. Minerał ten jest składnikiem bardzo starych skał tworzących księżycowe wyżyny (główny składnik anortozytu).

Kolejny przedstawiciel plagioklazów - bytownit (bytownite) to mieszanina anortytu z albitem - glinokrzemianem sodu (0-30% albitu i 70-90% anortytu). Także Labrador (Labradorite) to mieszanina obu glinokrzemianów (50-30% albitu i 50-70% anortytu). Na Ziemi jest to cenny minerał jubilerski dzięki migotliwej grze barw - labradoryzacji.

Anortozyt

Anortozyt

Oliwiny

Oliwiny to grupa krzemianów magnezu i żelaza. Forsteryt (Forsterite) to krzemian magnezu wchodzący w skład skał magmowych i metamorficznych. Największe jego ilości można spotkać w dunicie - ultrazasadowej skale magmowej. Forsteryt znaleziono także w pyle kometarnym schwytanym przez sondę Stardust. Rzadszy na Księżycu Fajalit (Fayalite) to glinokrzemian żelaza występujący w kwaśnych, alkalicznych skałach magmowych.

Oliwiny posiadają pasmo absorpcji w okolicy 1050 nm (przy długościach fali dłuższych od 1000 nm).

Oliwiny osadzone w bazalcie

Oliwiny osadzone w bazalcie

Pirokseny

Pirokseny to pospolita grupa minerałów skałotwórczych. Ich ogólny wzór można zapisać jako AB[Si2O6], gdzie "A" to najczęściej wapń, sód lub lit, a "B" to najczęściej magnez, żelazo lub glin.

Pirokseny absorbują w zależności od typu przy około 905 nm lub 950 nm.

Na Księżycu głównym przedstawicielem piroksenów jest Enstaty (Enstatite) to krzemian magnezu i częsty składnik skał magmowych, głównie norytów, piroksenitów, perydotytów, harzburgitów, gabr i bazaltów. Enstatyt krystalizuje w układzie rombowym, a Klinoenstatyt (Clinoenstatite) jednoskośnym.

Augit (Augite) to krzemian wapnia, magnezu, żelaza, tytanu i glinu - (Ca,Na)(Mg,Fe,Al,Ti)[(Si,Al)2O6] występujący w zasadowych skałach magmowych bogatych w magnez i żelazo.

Kryształ augitu

Kryształ augitu

Pigeonit (Pigeonite) to krzemian magnezu, żelaza i wapnia o wzorze ogólnym (Mg,Fe+2,Ca)2[Si2O6]. Minerał ten jest niestabilny w niskich temperaturach (rozpada się do augitu i ortopirokesnów) i praktycznie niespotykany jest w skałach magmowych, które stygły powoli. Obecność pigeonitu w skałach pozwala określić temperaturę krystalizacji magmy z której powstały.

Hedenbergit (Hedenbergite) jest najmniej popularnym przedstawicielem piroksenów na Księżycu. Hedenbergit w czystej postaci krzemianu żelaza i magnezu występuje niezmiernie rzadko i zazwyczaj musi być syntezowany w laboratoriach. W warunkach laboratoryjnych przy temperaturze rzędu 1000 stopni C i ciśnieniu niższym niż dwa kilobary udało się wytworzyć stabilną mieszaninę hedenbergitu, oliwinów i kwarcu. Występuje w zasobnych w żelazo skałach metamorficznych i tak jak w przypadku innych piroksenów jest wskazówką co do warunków jakie panowały na Księżycu w trakcie jego powstawania.

Ilmenit

Ilmenit (Ilmenite) to ważna ruda tytanu - tlenek żelaza i tytanu (FeTiO3), składnik zasadowych skał magmowych i pegmatytów. Na Księżycu szukano go m.in. za pomocą teleskopu Hubbla, gdyż minerał ten byłby źródłem tytanu, żelaza jak i tlenu dla potencjalnej bazy księżycowej.
Chromit i Ilmenit

Chromit i Ilmenit

Spinele

Spinele takie jak chromit zostały odkryte w księżycowych anortozytach przez instrumenty sondy Chandrayaan-1 w "Zatoce upałów" (Sinus Aestuum). Stało się to możliwe dzięki zobrazowaniu powierzchni Księżyca w głębokiej podczerwieni przy 2000 nm (2 mikrometry), gdzie występuje charakterystyczne dla spineli pasmo absorpcji. Duże skupiska spineli na powierzchni przypisuje się aktywności wulkanicznej. Mniejsze mogą pochodzić także od ciał, które kiedyś rozbiły się o powierzchnię Księżyca.

Troilit

Troilit (Troilite) to niemagnetyczny siarczek żelaza występujący na Księżycu, Marsie a także na np. księżycach Jowisza - Ganimedesie i Kallisto. Praktycznie nie występuje naturalnie na Ziemi.
Minerał Kolor nadawany skały księżycowej
Plagioklaz (skaleń) biały do szarego
Piroksen kasztanowy do czerni
Oliwin zielonkawy
Ilmenit czarny
blog comments powered by Disqus

Kategorie

Strony