月殼

月殼,月球的最外層。同區域的月殼厚度是不同的,月殼的厚度平均約為50千米。

  • 中文名稱
    月殼
  • 平均厚度
    約為50千米
  • 形成原因
    月球岩漿源區晶-液相分餾的結果
  • 簡    介
    月球的最外層

簡介

月球與地球一樣,內部也具有層圈結構,在其層圈結構中,最外層的是月殼。月震儀進行的探測表明,在距表面深65千米處,月震波波速從7千米/秒增加到8千米/秒,月震波波速不連續說明月球內部的傳播介質出現了變化,這裏應該是月殼--月幔的介面。根據測量的資料,科學家推斷月殼的平均厚度約為65千米,而65千米以下應屬于另一層圈--月幔。

不同區域的月殼厚度是不同的,一般情況下,在面向地球的月球正面,月殼的厚度平均約為50千米,而在背向地球的月球背面,月殼厚度平均約為74千米。

月殼是月球岩漿源區晶-液相分餾的結果,在分餾期間,較輕的斜長石上浮形成輝長質斜長岩月殼;較重的橄欖石、輝石下沉到岩漿海底部形成上月幔。因此,可以認為月球高地是早期輝長質斜長岩的殘留體,凝固的年齡約為44億年~45億年。絕大部分月岩是在約44.6億年前的主要岩漿事件期間形成的。

分層

通過對月震波的詳細研究,科學家們還對月球表層100千米厚的圈層作進一步分層,並推測出各圈層的物質構成。從月表開始,在0~25千米範圍,月震波縱波的速度為5千米/秒~6千米/秒,稱為上月殼,主要由月海玄武岩組成,其中最上部0~2千米為岩石碎塊和月壤。

在25千米~60千米深度的區域,縱波的速度為8千米/秒,稱為下月殼,可能由富含斜長石的輝長岩、富鋁玄武岩和斜長蘇長岩組成。60千米以下為月幔,其縱波波速達9千米/秒,化學成分相當于地球的基性岩和超基性岩(如橄欖岩、輝石岩和榴輝岩)。此外,在下月殼與月幔之間有一過渡層,厚度約幾十千米,縱波波速為8千米/秒~9千米/秒。

構成

月殼由兩大基本單元構成,即由斜長岩組成的高地月殼和由玄武岩組成的月海月殼。月球高地佔月球表面面積的83%,因此高地月殼佔月球整體積的10%。不同區域的月殼厚度是不同的,一般情況下,正面月殼的厚度平均約為50千米,背面月殼厚度平均約為74千米。

在月殼高地岩石中,有一類很特殊的岩石,那就是角礫岩。言之"特殊",是因為這類岩石是由撞擊作用所形成。根據歷次阿波羅系列探測器所帶回的月殼岩石分析,60%以上是由各類高地岩石組成的角礫岩,即組成高地岩石經沖擊後破碎、部分熔合而膠結形成的角礫岩。依據角礫岩中角礫的構造特征,可劃分以下類型:單組分角礫岩:即由就地產生的破碎岩石角礫或經熔融結晶角礫所組成;雙組分角礫岩:由就地產生的破碎岩石角礫或經沖擊熔融結晶角礫並被細脈狀的角礫所穿插形成的雙角礫組分的岩石;多組分角礫岩:由岩屑碎塊、月壤角礫、沖擊玻璃等黏結而成。

成因

高地月殼的厚度、成分特征特別是元素鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)元素以及一些具有指示劑作用的元素如稀土元素(REE)等含量及變化特征加以分析、推理與推測。

高地月殼的平均厚度約73km,含Al2O3約25%,而整個月球本身含量還不到6%,因此,可以計算出高地月殼中的Al2O3約佔全月球Al2O3的40%;而月表中的生熱元素鈾(U)、釷(Th)、鉀(K)比月球內部的含量高出兩個數量級。上述這些事實說明,形成高地的岩漿源區是很大的,甚至達到整個月球的熔融。同位素的研究結果也證明,月球早期曾產生過廣泛的大規模熔融、分異和結晶過程。要使鈾、鉀和Al2O3都集中在高地月殼之中,而且這種熔融和分異發生的時間必須在月球形成後的2億年之內完成,因此,月球在早期必定存在巨大的"岩漿洋"。對于"岩漿洋"的厚度,目前說法不一致,有的學者認為200km,有的認為800km,甚至有的認為整個月球為熔融的"岩漿洋"。

隨著岩漿分異結晶而堆積,將會形成100~200km厚的斜長岩月殼。但在月球聚集形成後的1億年之內,各種天體物質的撞擊將使尚未完全固結的月殼破碎而返回"岩漿洋"。而在38.2億~39.2億年之前,月殼已經固結,大規模月海盆地的開鑿及後期月海泛濫(即玄武岩大面積噴發)得以發生。

在月球內部的"岩漿洋"中,橄欖石首先晶出,相繼低鈣輝石、斜長石晶出。富鈣的斜長石浮在熔融的"岩漿洋"頂部,逐漸冷凝形成高地月殼。隨著"岩漿洋"中橄欖石、低鈣輝石和鈣長石的晶出,熔漿中的(Fe+Mg)逐漸變低,進而長石、單斜輝石晶出並堆積。大約在42億年前,月殼的厚度達到了1~10km。雖然斜長石和富鎂岩套在"岩漿洋"的結晶過程中都是從岩漿中直接晶出的,但由于所結晶形成的橄欖石和輝石被遷移,因而導致斜長石和富鎂岩的形成過程是彼此分立的。

大碰撞說認為一個特別大的隕石在地球正在形成的時候與地球發生了碰撞,而這次撞擊產生的碎片噴進入太空並最終成為了月球。當月球形成之後,它的最外層融化形成了一個"月球岩漿構成的海洋"。在這個"海洋"中,大量的斜長石結晶不斷地向著月球表面浮動,並逐漸積累形成了月殼。上月殼大概有88%是由斜長石構成的(上月殼的底部大概有90%為斜長岩):下月殼含有較多的鐵鎂礦物如輝石和橄欖石,但即使這樣,下月殼仍有大概78%由斜長石構成。月殼下面的地幔也含有大量的橄欖石。

化學元素

從元素的地球化學特征出發,研究不同離子半徑、價態、鍵型和揮發性元素的相互關系,如揮發性元素與難熔元素之間的比值、不同難熔元素之間的比值、不同揮發性元素之間的比值等,發現各類元素的比值比較穩定。據此,可從月球整體模式成分,月表軌道測量所獲得資料以及月殼各類岩石成分進行綜合分析、比較,獲取月球高地月殼的平均化學成分。

從歷次取回的樣品看,各類高地月殼岩石的SiO2含量大約為45%,比較穩定。根據高地軌道測量資料,Al/Si、Mg/Si分別為0.62±0.01和0.24±0.05。據此,通過SiO2的含量計算AL2O3和MgO的質量分數分別為24.6%和8.6%,這與月面軌道測量值MgO為6.8%基本相近,表明上述計演算法基本合理,這樣通過比較與取舍後可取平均值,目前取月殼MgO的平均值為6.8%。月面軌道測量值FeO為6.9%。但依據各類高地岩石和月壤中的MgO/MgO比值,取FeO的平均值為6.6%,由高地月殼岩石中的Fe/Cr比,計算Cr2O3的平均值為0.10%。由高地月殼岩石中的Ca/Al比即可計算CaO的平均值為15.8%。月殼岩石中的Th的測定值平均為0.9μg/g,Th/U=3.8,因而U的平均值0.24μg/g。依次類推,根據高地月殼岩石中相關各元素的比值,就可計算得出其他元素的平均值。

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