Геолог Андрей Мохов: что мы увидели в лунном грунте

Этим летом исполняется ровно полвека с высадки человека на Луну. Что мы узнали о ближайшей к нам планете за эти годы? Об этом рассказывает в интервью журналисту Марку Давидову доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией кристаллохимии минералов имени академика Н. В. Белова, института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии Российской Академии Наук (ИГЕМ РАН) Андрей Мохов.

- Андрей Владимирович, чем занимается именно ваша лаборатория, и в чем ее отличие от других лабораторий ИГЕМ РАН?

- Как следует из названия лаборатории – кристаллохимии минералов – мы изучаем состав и строение минералов. Лаборатория оснащена рентгеновским дифрактометром, сканирующим и просвечивающим электронными микроскопами. Акцент сделан на исследования с высокой локальностью. Основной диапазон размеров изучаемых объектов – микроны и нанометры. Мы принимаем участие в работах по темам института совместно с сотрудниками других лабораторий и ведём собственную тему, посвящённую именно высоколокальным исследованиям.

- Принимает ли ваша лаборатория участие в исследовании метеоритов? Находят ли до сих пор в метеоритах новые минералы, раннее не известные на Земле?

- К нам в лабораторию они попадают не часто и в основных задачах не фигурируют. Новые, не известные ранее на Земле, минералы в метеоритах находят довольно часто.

- Как готовят образцы к исследованию? Как защищают их от загрязнения при нарезке?

- В институте есть шлифовальная мастерская, шлифы и аншлифы для геологов готовят там. Те образцы, которые потом попадают к нам, зачастую проходят дополнительную обработку. Шлифы для нас должны быть отполированы только на алмазных пастах во избежание загрязнения материалом других паст (оксидом хрома, лантана с церием или алюминия; карбидом кремния). Возможное загрязнение микронными частицами алмазов мы учитываем, анализу составов образцов они не мешают. Особо ценные образцы мы полируем ионным пучком на специальной установке. Это позволяет избавиться от всех загрязнений и делает поверхность идеально ровной. Для стекания заряда в сканирующем микроскопе образцы напыляются углеродом, который не препятствует проведению элементного анализа.

Кроме шлифов мы можем смотреть частицы образца с естественными поверхностями без всякой обработки. Именно так, в частности, мы изучаем частицы лунного реголита. Но, в таком случае, возникают проблемы для количественного элементного анализа. Приходится применять специальные методики и его точность снижается.

- Скоро будут отмечать пятидесятилетие высадки американских астронавтов на Луну. Событие столь же значимое для человечества, как и первый искусственный спутник земли и первый космический полет Юрия Гагарина. Вы изучали в лаборатории образцы лунного грунта доставленных с поверхности Луны советскими автоматическими станциями серии "Луна" и астронавтами "Аполлонов". Можно сказать, что Вы держали Луну в руках. Недавно опубликована Ваша новая работа по исследованию лунного грунта. Почему до сих пор, спустя почти пятьдесят лет лунный грунт продолжает исследоваться и продолжает вызывать интерес ученых?

- Наш институт участвует в изучении лунного грунта с 1977 года, когда в специально созданную Лунную комнату ИГЕМ была получена первая порция образцов из хранилища ГЕОХИ. Последний раз образцы оттуда были получены в 2001 году - около грамма с третью из проб «Луны-16, -20 и -24».

Интерес к изучению минералогии Луны на западе увял в середине 80-х. Находок новых минералов больше не было, ажиотаж спал вместе с финансированием. Большинство исследователей переключились на метеориты или дистанционные методы. У нас тоже возник перерыв до конца 90-х. Но потом, по инициативе академика Богатикова, мы возобновили исследования на новом поколении электронных микроскопов с акцентом именно на самую тонкую фракцию реголита - менее 74 микрон. И, как оказалось, не зря. Именно в ней удалось открыть новые минеральные фазы. Сейчас нами обнаружено свыше ста новых для Луны таких фаз микронного размера, из которых более 40 раньше не встречались и на Земле в природных условиях. И это учитывая, что ранее в американских образцах были найдены лишь 4 таких минерала: армолколит, пироксферроит, транквилитиит и йошиокаит.

При работе с такой «мелочью» самое главное убедиться, что эти фазы не являются загрязнением пробы. Поэтому мы публиковали только те находки, в отношении которых были уверены, что они не являются артефактами. Так, например, большая группа найденных фаз была покрыта сверху тонкими стеклянными плёнками, характерными для частиц лунного реголита, что исключает земное заражение пробы. Кстати, тонкие стеклянные плёнки, покрывающие частицы реголита, образованные при многочисленных метеоритных ударах по поверхности Луны или под воздействием солнечного ветра, зачастую имеют наноразмерную толщину и, несмотря на это, обеспечивают сохранность образованных на Луне минеральных фаз даже в условиях земной атмосферы.

- В каких случаях его исследуют в земной атмосфере? В каких случаях изолируют от земной атмосферы при исследовании и как это делают?

- Мы получали образцы хоть и в стерильных, но негерметичных пластиковых боксах. Соответственно должны были учитывать влияние воздействия земной атмосферы на реголит. В некоторых случая необходимость этого была очевидна. Так мы находили гидрооксихлориды железа и алюминия, невозможность образования которых на Луне не вызывает сомнения. С большой долей вероятности на Луне присутствовали хлориды железа и алюминия неустойчивые в земной атмосфере. Где они и преобразовались в найденные нами гидрооксихлориды.

- Что Вы можете сказать об исследованных Вами образцах грунта, привезенных астронавтами "Аполлонов". Назовите номера образцов которые были в Вашем распоряжении.

- Нашей группе для исследований достались лишь по нескольку зёрен каждой из проб - остальные "ушли" на другие методы исследований, в частности А.П. Дикову на фотоэлектронную спектроскопию. Эти образцы представляли собой типичный лунный реголит. К сожалению они были не богаты на новые или редкие минеральные фазы. Недавно мы эти пробы просмотрели заново на современном электронном микроскопе и обнаружили в них эсколаит (оксид хрома) аналогичный найденному в пробах "Луна-24" и тантало-ниобат. Эти результаты были опубликованы в Докладах АН в 2017-18 гг.

- Как определяют происхождение метеоритов как лунных и марсианских? Чем отличаются лунные метеориты от лунных камней доставленных на землю американскими астронавтами?

- Диагностика внеземных материалов основана не на одном, а на совокупности признаков. Одним из основных являются изотопные отношения ряда элементов. Важнейшими признаками являются петрографические: ассоциации минералов, их морфология, наличие или отсутствие тех или иных минералов в ассоциациях. Кроме того важен и состав минералов, например содержание никеля в железе. Ну и другие факторы.

***

Большая и подробная подборка публикаций по изучению Луны лежит на сайте НАСА. Работы российских ученых можно посмотреть здесь.