달 마그마 바다

Lunar magma ocean
A simplified animation of the Lunar Magma Ocean crystallization sequence
달 마그마해의 단면이 시간이 지남에 따라 결정되는 모습을 보여주는 애니메이션입니다.처음 형성되는 고체(예: 올리빈)는 주변 마그마보다 밀도가 높기 때문에 내부로 가라앉습니다.달 마그마해의 약 80%가 결정화된 후, 밀도가 낮은 고체(즉, 사장석)가 형성되기 시작하고 표면을 향해 떠다니면서 달의 원시 지각이 형성됩니다.

달 마그마 해는 달 표면에 존재했던 것으로 이론화된 녹은 암석의 층이다.달의 마그마 바다는 달이 형성된 시점(약 45억 년 또는 44억[1] 년 전)부터 수천만 년 또는 수억 년 전까지 달에 존재했을 가능성이 있다.이것은 원시 지구와 다른 행성체 사이의 거대한 충돌의 여파로 달이 상대적으로 빠르게 형성된 열역학적 결과이다.거대한 충돌로 인한 잔해로부터 달이 축적되면서, 중력 위치 에너지는 열에너지로 전환되었다.달의 빠른 부착으로(약 1개월에서 [2][3][4]1년 사이에) 달 표면을 통해 을 방출할 수 있는 충분한 시간이 없어 열에너지가 갇혔다.달의 마그마해의 후속 열화학적 진화는 달의 대부분 비정질 지각, 유로피움 이상, KREEP 물질을 설명한다.

달 마그마 바다는 1970년 두 그룹이 아폴로 11호의 표본 [5][6]수집에서 발견된 비정질 암석 파편을 분석한 후 처음 제안되었다.우드 등벌크 샘플 10085의 파편을 [7]분석에 사용했습니다.아폴로 계획 중에 발견된 페로안 비정질 암석은 주로 광물 [8]사장석으로 구성되어 있다(90% 이상).보다 구체적으로, 달에서 발견된 철광석 암석은 사장석(즉, 비정석)[9]의 말단 멤버인 칼슘(Ca)으로 구성되어 있다.달 아노르사이트의 순도와 일반적으로 아노르사이트의 결정화 온도가 [10]높기 때문에 달의 적어도 윗층은 과거에 녹았음을 시사한다.

Lunar ferroan anorthosite rock from Apollo 16
아폴로 16호의 달 페로안 비정질 암석(샘플 60025).

초기 상태

Bar chart showing seven published estimates of the initial Lunar Magma Ocean chemical composition by weight percent
무게 퍼센트로 나타낸 초기 달 마그마 해양 화학 조성의 7가지 추정치(A-G)입니다.TiO나2 CrO23 등의 마이너 컴포넌트는 표시되지 않습니다.[A] Taylor(1982)[11]의 Taylor Whole Moon(TWM)은 Elardo 등(2011)[12]에서 수정되었다.[B] 슈윙거와 브루어(2018)에서 수정된 오닐([14]1991)[13][C] 엘라르도 외 연구진(2011)[12]에서 수정된 롱기(2006)[15]의 달 원시 상부 맨틀(LPUM)[D] Elkins-Tanton 등 (2011년)[16][E] 모건 외 연구진(1978년)[17][F] 링우드와 케슨(1976년).[18][G] 워렌(1986년).[19]

달 마그마해의 초기 상태를 고려할 때 화학 성분, 깊이, 온도 등 세 가지 중요한 변수가 있다.이 세 가지 매개변수는 크게 열화학적 진화를 결정한다.달 마그마 바다의 경우, 각각의 초기 조건과 관련된 불확실성이 있다.일반적인 초기 화학 조성은 SiO2 47.1%, MgO 33.1%, FeO 12.0%, AlO23 4.0%, CaO 3.0%(다른 분자의 작은 기여 포함)이며 초기 깊이는 1000km, 기본 온도는 1900K이다.[16]

초기 화학 성분 및 깊이

달 마그마해의 초기 화학조성은 현재의 달 지각의 화학적 성분과 두께와 함께 달 표본의 화학조성을 바탕으로 추정됩니다.컴퓨터 모델링을 위해 초기 화학조성은 일반적으로 SiO, MgO, FeO, AlO23 및 CaO와 같은2 기본분자 시스템에 기초한 중량 퍼센트로 정의됩니다.문헌에서 나온 달 마그마해의 초기 화학조성물 7가지 예가 오른쪽 그림에 나와 있다.이러한 구성은 일반적으로 지구 맨틀의 구성과 유사하며, 주요 차이점은 일부(예: 테일러 홀문[11]) 또는 강화되지 않은 내화성 요소(예: 달 원시 상부[15] 맨틀)입니다.

달 마그마해의 초기 수심은 달의 [20][16][21][22]반경 100km까지 다양하다.

결정화순서

달 마그마해에서 결정되는 광물의 정확한 순서는 달 마그마해의 초기 상태에 따라 달라집니다.이상화된 Bowen's Reaction Series에 따라 일반적으로 올리빈이 먼저 결정화되고 그 다음에 오르토피록센이 결정화될 것으로 예상된다.이 광물들은 주변 마그마보다 밀도가 높기 때문에 달 마그마 바다의 바닥으로 가라앉는다.이와 같이, 달 마그마 바다는 처음에는 바닥에서 위로 굳어질 것으로 예상된다.달 마그마해의 약 80%가 결정화된 후, 광물 사장석은 다른 광물들과 함께 결정화된다.주로 사장석으로 만들어진 암석들은 달의 원형 지각들을 만들면서 달의 표면을 향해 떠다닌다.

지속

달의 마그마 바다는 달이 형성된 후 수천 년에서 수억 년 동안 지속되었을지도 모른다.달은 태양계에서 가장 오래된 고체인 칼슘-알루미늄 함유물(CAIs)[1]이 태양계의 나이를 대신하는 역할을 한 후 5천2백만 년에서 1억5천2백만 년 사이에 형성된 것으로 추정된다.따라서 달 마그마해의 정확한 형성 시간은 다소 불확실하다.한편, 끝점은 페로안 아노토사이트(FAN) 시료 60025(4.360±0.003 Ga)의 연령과 ur-KREEP(4.368±0.029 Ga)[23]의 추정 연령으로 나타낼 수 있다.달이 일찍(즉, 태양계 형성 후 5천 2백만 년) 형성되고 철광석 표본 60025와 ur-KREEP의 추정 나이가 모두 달 마그마해가 완전히 결정화된 시기를 의미한다면, 달 마그마해는 약 1억 5천 5백만 년 동안 지속되었을 것이다.이 경우, 컴퓨터 모델은 달 마그마해의 [24][25]결정화를 연장하기 위해 하나 이상의 열원(조석 가열 등)이 필요하다는 것을 보여준다.반면 달이 늦게(태양계 형성 후 1억5천2백만 년) 형성되었다가 다시 페로안 양극석 표본 60025의 나이와 ur-KREEP의 추정 나이를 사용하여 달 마그마해가 약 5천5백만 년 동안 지속되었다.이는 달 마그마 바다가 하나 이상의 추가 열원에 의해 연장되지 않았다는 것을 의미한다.

Timeline of early lunar history showing estimated Moon formation times with respect to the age of the Solar System and available lunar crust sample ages
가장 신뢰할 수 있는 페로안 양극석(FAN) 샘플 연령은 빨간색 정사각형(오류 막대가 마커보다 작음)으로 표시되며, 깊이(즉, ur-KREP)에서 원래 KREP 층 형성에 대한 최선의 추정치는 어두운 시안 [23]삼각형으로 표시된다.가장[26] 오래된 페로안 비정석 샘플과 가장[27] 어린 페로안 샘플은 회색 동그라미로 표시됩니다.

과거에는 가장 나이가 많은 페로안 비정석 샘플과 가장 어린 페로안 샘플의 나이 차이가 달 마그마해의 지속 시간을 결정하기 위해 사용되었습니다.이는 표본 연령의 큰 오류와 충격에 의해 일부 표본 연령이 재설정되었기 때문에 문제가 되었다.예를 들어 가장 오래된 페로안 양극석 시료는 67016으로 Sm-Nd 연령 4.56±0.07[26] Ga이고, 가장 어린 시료는 62236으로 Sm-Nd 연령 4.29±0.06 [27]Ga이다.이 나이들 사이의 차이는 2억 7천만 년이다.이것은 다시 달의 마그마 바다가 조석 [24]가열과 같은 추가적인 열원을 가지고 있다는 것을 의미한다.

반증

달 마그마 해양 모델의 대안 모델 중 하나는 직렬 마그마 모델입니다.[28][29]

레퍼런스

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