月球岩石：母马玄武岩的火山作用

原标题：月球岩石：母马玄武岩的火山作用

月亮玛利亚-“月亮海洋”相对其它区域是黑暗的，地势很低，而且相对没有陨石坑。在较低的太阳角度下，它们会显现“皱纹”，表明是用冷冻液体灌满的。在人类去月球之前就认为这些玛丽亚“月球海洋”相对比较年轻，因为这里没有陨石坑。阿波罗11号、12号、15号和17号以及露娜16号和24号任务从几个母马表面回收的大量非常新鲜的玄武岩样品表明，这些月球表面非常古老，撞击通量远低于预期。在阿波罗的收集中，134个母马玄武岩样品大于40g，最大样本为9.6公斤。这些玄武岩样品具有多种结构和成分。母马玄武岩也是由形成于月球表面玄武岩熔岩喷泉中的玻璃珠所代表。地球望远镜的光谱研究表明，人类还没有能力对所有的月球玄武岩类型进行采样。

在Procellarum大洋洲(Letronne火山口)可以看到母马玄武岩的皱纹脊和流锋。这张照片(编号2994)是由阿波罗16号指挥和服务舱上的公制相机在低太阳角度拍摄的。

化学上，母马玄武岩可分为两大类。一类是较老的高钛组(年龄3550~3.85亿年），TiO_2含量为9%~13%，年龄较小的低钛组(年龄为3150~3.45亿年，TiO_2含量1%至5%)。阿波罗11号和17号任务的样品完全来自高钛组，阿波罗12号、15号和露娜16次任务的样本来自低钛组。月球玄武岩化学成分的年龄差异及变化TiO_2含量从1%到13%意味着母马玄武岩不能通过不同的熔融程度从一个共同的母岩浆中产生。

阿波罗11号和17号高钛玄武岩的年龄比阿波罗12号和15个低钛玄武岩更古老。橙色玻璃样品74220的年代比阿波罗17号玄武岩还年轻。

通过月球内部化学、同位素和矿物学，这些玄武岩来自不同的源区。实验研究表明，低钛玄武岩可能来源于200~500 km深度的橄榄石-辉石源岩，而高钛玄武岩则可能来自月球150 km的橄榄石-辉石-钛铁矿。

早期形成的橄榄石、钛铁矿、铝石、金属铁和(或)铬铁矿在玄武岩液中的近表面分离，改变了从月球内部挤压出的液体初级化学的许多岩石化学。橄榄石的加减作用决定了低钛玄武岩的组成范围，而铁钛氧化物的加减改变了高钛玄武岩的化学组成。近表面分馏是由低的SiO_2引起的低粘度所起的辅助作用。母马玄武岩液体粘度远小于陆相火山岩。

每个玄武岩类别内的结构类型序列表示不同的冷却历史。其结构范围从玻璃体到斑状到亚蛇晶到蛇纹晶到等粒。大多数样品为细晶，平均晶粒尺寸为0.5mm，但有些样品的橄榄石或辉石的物晶尺寸大于1cm。有些样品是水泡状的，有相互连接的晶体和囊泡。

阿波罗15号：水泡母马玄武岩15016样品长12厘米

玻基斑状玄武岩具有橄榄石和辉石在脱玻璃中的骨骼矿物。斑状玄武岩有部分吸收的矿物在一个完整的晶体基质中。亚蛇绿岩玄武岩具有片状斜长石，与亚四面体辉石相互作用。质间玄武岩和等粒玄武岩具有相互连接的斜长石、橄榄石、辉石和蛋白石晶体。

阿波罗12号：编号12005,全晶橄榄石玄武岩

在母马玄武岩中最重要的矿物学相是硅酸盐(辉石、斜长石和橄榄石)和氧化物(钛铁矿、铝酸盐和铬铁矿、尖晶石)。辉石岩是母马玄武岩中最丰富的。对辉石化学分带进行了大量的研究，试图遵循结晶顺序和玄武岩流体的分异路径。然而，辉石斑晶在月球母马玄武岩中有复杂的分带。不同结晶方向的扇形分带在某些辉石中得到了很好的说明。在其它辉石中，铁的富集程度极高(对辉石而言)。母马玄武岩中的斜长石是富钙的，因为月球样品中Na的含量都很低。在高钛玄武岩中，钛铁矿、亚铝酸盐和铬铁矿，尖晶石十分丰富.在一些玄武岩中，橄榄石含量高达40%；在其他玄武岩中，没有橄榄石。主要矿物之间的中位平衡包括有趣的辅助相，包括硅、冻结的不混溶硅酸盐液体、斜长石、金属铁、磷灰石和/或白钨矿，以及一种新的钛、锆石、静海石。月球玄武岩的中位平衡并没有像地球上那样改变。

阿波罗17号，编号10017高钛母马玄武岩

影响玄武岩结晶顺序的因素很多。虽然图像和实验研究可以用来预测母马玄武岩的初始结晶相，但随着母马玄武岩的结晶进程，矿物中的亚稳化学趋势和某些延迟成核往往会发生。

总结了母马玄武岩中主要元素在六种主要矿物的不同结晶位上的分布情况。结晶液的化学成分(如辉石所记录的)发生了复杂的变化，这是由于结晶顺序和元素在结晶位之间的分布所致。此外，在液体和矿物中的扩散等速率过程以及早期形成的矿物与液体的不完全反应也明显地影响了结晶液的化学路径。不同结晶顺序的例子有：斜长石在某些母马玄武岩液体中的延迟成核，对液体的钙含量和由此产生的辉石岩有显著的影响；早期形成的橄榄石和花青石的部分和不完全反应影响了其他玄武岩的化学路径，在介观平衡中产生游离二氧化硅，尽管它们在SiO中不饱和。低钛母质玄武岩残渣中Fe的富集，在介稳状态下产生了富铁辉石。然而，由于早期形成的钛铁矿耗尽了铁，高钛玄武岩不产铁。

母马玄武岩在极低的氧分下形成和结晶。它们与金属铁处于平衡状态，铁是它们的附属矿物之一。母马玄武岩的氧逸度随温度的变化而变化。在1100℃时，母马玄武岩的氧逸度约为10-13，而陆相熔岩的氧逸度约为10-58。在母马玄武岩结晶过程中，水不稳定，不可能是导致某些玄武岩泡化的气体。在这些非常简约的条件下，液体中的所有铁都是2价铁。大部分铬是2价铬，有些钛是3价钛。这些还原价态也影响了从母马玄武岩结晶的矿物的化学和稳定性。例如，没有磁铁矿存在，唯一的硫化物是纯铁闪锌矿。微小的金属Fe颗粒通常与铬铁矿、尖晶石相邻，表明Fe是氧化还原反应的产物。

阿波罗11号、15号和17在登陆地点采集的土壤样本中存在可能是火山碎屑成因的玻璃液滴。这是水泡形成的极端情况，囊泡之间的小三角形通过表面张力收缩成球体。真空中没有空气动力阻力，所以熔滴以冻结玻璃球的形式落到表面。在月球表面的轨道照片中可以看到几个有趣的暗色沉积物，这些照片可能代表着火山玻璃的浓度。

假想的月球熔岩喷泉制造玻璃球的构图。淬火玻璃球在返回表面时会被挥发性元素覆盖。

这套岩相薄片包括三个玄武岩样品和一个火山玻璃样品。阿波罗12号的两个样品是低钛玄武岩.虽然样品12002可能代表原始液体，但样品12005被认为是近表面橄榄石的累积.阿波罗17号样品70017是一种水泡性高钛母马玄武岩，也被认为是一种原始液体。阿波罗17号橙色土壤样本74220是宇航员在月球表面看到的唯一彩色(非灰色)材料。这个独特的样本一直是科学研究者非常关注的对象。橙色的玻璃必须代表一种原始的液体，在月球内部深处是通过内源性的部分熔化而产生的(在喷发期间几乎没有吸收地壳物质！)在角砾岩和土壤剖面中还发现了月球玄武岩的其他样品。

母马玄武岩的组成

矿物模式