Отчет-2017

Форма «Т». Титульный лист отчета о выполнении проекта
Название проекта:
Комплексные исследования древней материковой коры
и вулканизма естественного спутника Земли, как аналога
первичной земной коры, и типов лунных ресурсов
Номер проекта:
17-17-01279
Код типа проекта: ОНК(2)
Отрасль знания: 07
Фамилия, имя, отчество (при наличии) руководителя
проекта:
Маров Михаил Яковлевич
Контактные телефон и e-mail руководителя проекта:
+7 9161800040, [email protected]
Полное и краткое название организации, через которую осуществляется финансирование проекта:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Ленина и Ордена Октябрьской Революции
Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук
ГЕОХИ РАН
Объем средств, фактически полученных от РНФ в 2017 г.:
6000 тыс. руб.
Год начала проекта:
2017
Год окончания проекта:
2019
Объем финансирования, запрашиваемый на 2018 год:
6000 тыс. руб.
(для продолжающихся проектов)
Перечень приложений к
отчету
1. Копии публикаций в соответствии с Формой 2о - 3 шт. на 4 стр. в 1 экз.
К печатному экземпляру отчета прикладываются только копии первой (с указанием авторов) страницы и
страницы со ссылкой на поддержку от РНФ.
2. Приложение на 4 страницах, содержащее иллюстрации и таблицы
Гарантирую, что при подготовке отчета не были нарушены авторские и иные права третьих лиц и/или имеется
согласие правообладателей на представление в РНФ материалов и их использование РНФ для проведения
экспертизы и для их обнародования.
Подпись руководителя проекта
Дата подачи отчета:
08 декабря 2017 г.
______________________/М.Я.Маров/
Подпись руководителя организации
________________/_____________________/
Печать (при наличии) организации
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 1 из 30
Форма 1о.
Отчет о выполнении проекта
№ 17-17-01279
«Комплексные исследования древней материковой коры и вулканизма
естественного спутника Земли, как аналога первичной земной коры, и типов
лунных ресурсов»,
в 2017 году
1.1. Заявленный в проекте план работы на год
Формируется в соответствии с заявкой на участие в конкурсе.
Детальный анализ гравиметрических, геохимических и геофизических данных полученных лунными миссиями:
GRAIL, Chang-e, LRO, Kagua. Создание модели лунных недр с учетом современного знания гравитационного потенциала
Луны, приливного взаимодействия с Землей и термодинамических величин, характеризующих предполагаемые
минеральные композиции коры, мантии и ядра. Изучение детальной структуры гравитационного поля Луны и оценка
производных гравитационного потенциала более высоких порядков.
Теоретические и численные расчеты по оценке механизмов диссипации энергии в недрах Луны вследствие
приливного взаимодействия с Землей. Учет неоднородного слоистого строения Луны, а также неравномерной
динамики взаимодействия по времени с Землей, связанной с ее геологической историей.
Оценка современной величины теплового потока Луны, его зависимости от крупных неоднородностей мантии,
особенностей рельефа и состава коры. на основе современных измерений в диапазонах микроволнового и
инфракрасного излучения с космических аппаратов и связи этого потока с морфологией лунной поверхности.
Изучение латерального распределения внутреннего теплового потока.
Изучение процессов взаимодействия ионов водорода H+ с силикатами, и алюмосиликатами, определение
механизмов химической и структурной модификации минералов, а также образования протонной воды в зависимости
от энергии и дозы ионов, от химического состава и структуры кристаллической решетки основных породообразующих
силикатов лунного реголита.
Создание цифровой модели рельефа Южной полярной области Луны и создание на ее основе карт распределения и
прогнозных запасов основных типов летучих ресурсов в полярной области.
Создание различных моделей лунного реголита, имитирующих отдельные свойства – минеральный и химический
состав, гранулометрические и физико-механические свойства на основе аналогов земных пород и минералов.
Проведение ряда экспериментов по быстрому совместному замораживанию водяного пара и летучих на имитаторах
лунного реголита. Изучение механизмов и степени удержания газов на минеральных зернах.
Расчеты миграции тел (планетезималей, астероидов, комет, транснептуновых объектов, метеороидов) к Земле и
Луне из различных областей Солнечной системы и вычисление вероятности столкновений тел с Землей и Луной для
ряда стадий эволюции Солнечной системы. Оценки количества воды и летучих, которые были доставлены телами к
Земле и Луне при формировании Солнечной системы.
Оценка валового минерального и химического состава и количества летучих, привносимых микрометеороидами,
выпадающими на лунную поверхность, изучение продуктов их взаимодействия с реголитом и оценка параметров их
ударного преобразования в результате высокоскоростных соударений.
Подготовка экспериментов по быстрому совместному замораживанию водяного пара и летучих на имитаторах лунного
реголита для изучения механизмов и степени удержания газов пленке на минеральных зернах.
В 2017 г. участники заявки планируют участвовать в международных и российских конференциях, в том числе, в
Московском симпозиуме по Солнечной системе (осень 2017). Возможно участие в зарубежных конференциях,
например, в «The annual meeting of the AAS Division of Dynamical Astronomy» (June 11-15, 2017, London), 5th European
Lunar Symposium (May 2-3, 2017, Munster, Germny), The 3rd Planetary Data Workshop (June 12–15, 2017, Flagstaff, Arizona,
USA), 80-я ежегодная конференция Метеоритного Общества, июль, Санта-Фе (the 80th Annual Meeting of The
Meteoritical Society, Santa Fe, New Mexico). Представляет большой интерес анонс программы работ по проекту на 4-й
ежегодной международной конференции по исследованиям природных систем Земли на (International Conference on
Earth System Modelling, 4ICESM), 28 Августа – 1 Сентября, 2017, Гамбург, Германия.
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 2 из 30
1.2. Заявленные научные результаты на конец года
Формируется в соответствии с заявкой на участие в конкурсе.
Будет проведен детальный анализ гравиметрических, геохимических и геофизических данных полученных лунными
миссиями: GRAIL, Chang-e, LRO, Kagua, исследована структура гравитационного поля Луны с оценкй производных
гравитационного потенциала более высоких порядков и с учетом этих данных и термодинамических величин,
характеризующих предполагаемые минеральные композиции коры, мантии и ядра разработана предварительная
модель лунных недр.
На основе теоретических исследований будут проведены численные расчеты по оценке механизмов диссипации
энергии в недрах Луны вследствие приливного взаимодействия с Землей с учетом неоднородного слоистого строения
Луны.
Будет получена оценка современной величины теплового потока Луны, его зависимости от крупных неоднородностей
в составе мантии и коры, особенностей рельефа и исследовано латеральное распределение внутреннего теплового
потока.
Будет создана цифровая модель рельефа Южной полярной области Луны и создание на ее основе карт
распределения и прогнозных запасов основных типов летучих ресурсов в полярной области.
Будут получены предварительные результаты иизучения процессов взаимодействия ионов водорода H+ с
силикатами и алюмосиликатами в рамках механизма химической и структурной модификации минералов, а также
образования протонной воды в зависимости от энергии и дозы ионов, от химического состава и структуры
кристаллической решетки основных породообразующих силикатов лунного реголита.
Будет разработана модель вещества лунного реголита, отвечающего условиям полярных областей Луны из наиболее
близких аналогов земных пород и минералов.и проведены эксперименты по быстрому совместному замораживанию
водяного пара и летучих на модельных порошках..
Будут проведены расчеты миграции планетезималей, астероидов, комет, транснептуновых объектов, метеороидов к
Земле и Луне из различных областей Солнечной системы и получены предварительные оценки вероятности их
столкновений с Землей и Луной для ряда стадий эволюции Солнечной системы и количеств воды и летучих,
доставленных этими телами при формировании Солнечной системы.
Будут получены оценки валового минерального и химического состава и количества летучих за счет выпадения на
лунную поверхность, микрометеороидов и продуктов их взаимодействия с реголитом.
Будет разработано модельное вещества лунного реголита в условиях полярных областей Луны из наиболее близких
аналогов земных пород и минералов. Будет проведен ряд экспериментов по быстрому совместному замораживанию
водяного пара и летучих на модельных порошках. Будут изучены механизмы и степень удержания газов в
образующейся ледяной пленке на минеральных зернах.
Будет проведен детальный анализ гравиметрических, геохимических и геофизических данных полученных
последними лунными миссиями: GRAIL, Chang-e, LRO, Kagua. На основе проведенного анализа, будет создана
предварительная модель лунных недр с учетом современного знания гравитационного потенциала Луны, приливного
взаимодействия с Землей и термодинамических величин, характеризующих предполагаемые минеральные
композиции коры, мантии и ядра
1.3. Сведения о фактическом выполнении плана работы на год
(фактически проделанная работа, до 10 стр.)
В отчетном году проводились исследования в соответствии с заявленным планом работ на 2017 г. Они направлены на
решение основной задачи проекта, фундаментальной основой которой служит схожесть геологической истории Земли
и ее естественного спутника, исходя из концепции совместного образования Земли и Луны из единого сгущения в
протопланетном газопылевом диске. С этой концепцией, подкрепляемой изучением изотопных сдвигов в
исследованных образцах лунных пород, связано предположение о близости процессов формирования коры обоих тел
и попытка восстановления особенностей древней коры Земли, стертых последующими эволюционными процессами
при образовании гидросферы, атмосферы, биосферы, но сохранившихся в почти неизмененном виде на Луне. Для
решения данной задачи исследуются современные доступные данные о свойствах лунной коры, включая широкий
комплекс измерений на космических аппаратах и анализ лунных метеоритов из коллекции ГЕОХИ. Эти исследования
нацелены также на определение состава и наиболее значимых районов залегания полезных ископаемых, которые
могут быть востребованы при осуществлении будущих проектов освоения Луны.
Выполнен детальный анализ современных гравиметрических, геохимических и геофизических данных с целью
создания модели лунных недр. Такие данные получены лунными космическими аппаратами и их комплексный анализ
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 3 из 30
позволяет существенно уточнить гравитационный потенциал Луны, приливное взаимодействие с Землей,
термодинамические свойства. Наиболее актуальные исследования были проведены в проекте GRAIL (измерения
гравитационного поля с высоким разрешением, 2012 г.), Chang-E 1-3 (создание 3D карты поверхности, изучение
состава и структуры внешнего слоя коры, 2007-2013 гг.), LRO (изучение теплового излучения поверхности, поиск льда,
2009 г.), Kaguya (картирование основных элементов поверхности, изучение внешних полей, 2007 г.). Особенно важные
результаты дали высокоточные лазерные измерения орбитального движения, которые в совокупности с анализом
сейсмических, магнитных, гравитационных и геохимических данных создали основу для усовершенствования
существующей модели внутренней структуры лунных недр: ядро (железное или железо-сульфидное) 350-500 км;
силикатная мантия 1300-1200 км и внешняя анортозитовая кора 30-60 км. Среди геофизических величин важнейшее
значение для оценки внутреннего строения Луны имеют размеры и форма фигуры, масса, средний момент инерции,
приливные числа Лява и Шида h2, k2 и l2 , что позволяет получить путем решения обратной задачи вероятные радиусы,
плотность и жесткость (вязкость) всех внутренних слоев. В свою очередь, форма, средний радиус (R) и масса (M)
позволяют определить среднюю плотность вещества планеты, оценить степень ее «гидростатической»
уравновешенности; средний момент инерции (I) определяемый распределением плотности по слоям, при этом
дополнительную информацию о мультипольных моментах можно получить из коэффициентов разложения внешнего
гравитационного потенциала по пространственным сферическим гармоникам и скорости вынужденной прецессии;
наконец, отклик Луны на приливное возмущение, представляющее собой в общем случае вынужденное связанное
упруго-пластическое колебание лунных недр при изменении внутреннего и внешнего гравитационных полей, которое
характеризуется тремя безразмерными числами Лява h2, k2, и Шида l2. Для теоретического расчета чисел Лява
необходимо решать связанную систему уравнений теории упругости и теории гравитационного потенциала. Таким
образом, числа Лява являются функционалами от распределения плотности ρ, модуля сдвига µ и модуля сжатия K в
недрах Луны и служат ограничениями при выборе моделей ее внутреннего строения. Для расчетов нами были взяты
наиболее точные на сегодняшний день геофизические данные, полученные по итогам миссии GRAIL: средний радиус R
= 1737.15 (км); масса (1022 кг), M = 7.3463 ± 0.00088 (0.012%); средний (приведенный) момент инерции, I/MR2 =
0.393112 ± 0.000012 (0.003%); число Лява (наблюдаемое смещение), h2 = 0.0473 ± 0.0061 (12.9%); число Лява
(наблюдаемое изменение потенциала), k2 = 0.02422 ± 0.00022 (0.9%).
В результате предварительных расчетов были получены следующие значения параметров слоев в структуре недр
Луны: твердое внутреннее ядро 136 ± 50 км; жидкое внешнее ядро 275 ± 70 км, плотность 6193 ± 900 кг/м3; мантия
1400 ± 100 км, плотность 3350 ± 30 кг/м3; кора 30-45 км, плотность 2660 ± 150 кг/м3. На основании только
геофизических данных невозможно однозначно подтвердить наличие переходного слоя пониженной жесткости
между жидким внешним ядром и мантией. Сделан вывод, что если переходный слой существует, то его жесткость
ограничена 43 ± 9 ГПа, что близко к жесткости мантии 70 ± 5 ГПа.
Дальнейшее усовершенствование моделей лунных недр связано также с уточнением гравитационного поля. В
настоящее время, в разложении гравитационного потенциала Луны по сферическим гармоникам известны члены
вплоть до 420 порядка. Проведенный анализ показал, что для гармоник от 80 до 300 порядка более 98%
гравитационных аномалий Буге соотносятся с поверхностной топографией. Остальные 2% представляют собой
скрытые под поверхностью латеральные неоднородности плотности, связанные, по-видимому, с внедрением или
ударным перемещением более плотных внутренних пород. Для выяснения их детальной структуры, природы и свойств
необходимо привлечение производных гравитационного потенциала второго и третьего порядка. По нашей оценке,
величина компонент тензора градиента силы тяжести (вторые производные гравитационного потенциала по 3-м
направлениям) для крупных скрытых структур в коре Луны может составлять до ± 100 Этвеш (1 Этвеш = 0.1 мГал км-1).
Таким образом, детальный анализ данных GRAIL, с использованием производных гравитационного потенциала высоких
порядков, позволяет нам получить дополнительную информацию о структуре коры и мантии Луны, физикомеханических и геофизических свойствах слагающих их пород.
Ключевую роль в изучении внутреннего строения небесных тел играет сейсмозондирование. Луна является
единственным, кроме Земли, космическим телом в Солнечной системе, для которого были получены сейсмические
данные по данным экспедиций «Аполлон 12-17» и по этим данным были построены первые модели недр Луны. Они
свидетельствуют о сложном внутреннем строении, но не дают определенной информации о центральной области Луны.
Сейсмические модели лунных недр (профили скоростей продольных Vp и поперечных Vs волн), предложенные
разными авторами на основе анализа лунных сейсмограмм, заметно различаются. Нами построена модель, согласно
которой концентрации основных оксидов, минеральный состав и физические свойства в каждой зоне мантии Луны
могут быть определены путем совместной инверсии геофизических данных с привлечением гипотезы
«магматического океана». Предполагается, что состав нижней (недифференцированной) мантии, не затронутой
процессами плавления, должен быть идентичен среднему составу вышележащих оболочек и отражать валовый состав
силикатной Луны (масс. %): 10-13 % FeO (и Fe в ядре), 10-11 % CaO + Al2O3, 43 % SiO2, 32 % SiO2. Минеральный состав
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 4 из 30
верхней (дифференцированной) мантии с глубиной по мере кристаллизации: оливин (Fo97–88) и low-Ca пироксен
(En88–85Fs12–10Wo1–3 (ортопироксен, Opx); Opx замещается high-Ca клинопироксеном (En76–49Fs39–18Wo6–12)
с появлением плагиоклаза; на конечной стадии кристаллизуется β-кварц, ильменит и формируются массивы остаточного
расплава с несовместимыми элементами (K, REE, фосфаты), дающие впоследствии KREEP-базальты.
С учетом неоднородного слоистого строения Луны были проведены теоретические исследования и численные
расчеты с целью получения оценок механизмов диссипации энергии в недрах Луны вследствие приливного
взаимодействия с Землей. Диссипация приливной энергии в спутнике Земли является важным источником внутреннего
тепла. Анализ геологических данных по длительности синодического месяца в докембрии указывает на более быстрое
суточное вращение Земли (около 20 ч) и большую величину приливов, с чем связано предположение о близости Луны к
Земле около 4.5 – 4 млрд. лет при значении большой полуоси ее орбиты ~ 30 радиусов Земли. Гравиметрические
данные GRAIL также указывают на наличие реликтового приливного выступа, сформированного в мощной лунной коре
во время ее кристаллизации и по величине отвечающей данному расстоянию. В отчетный период были проведены
соответствующие расчеты и оценки скорости диссипации механической энергии в Луне за счет приливного
взаимодействия с Землей для трех различных реологических моделей: Кельвина-Фойгта (КФ), Максвелла (М) и
стандартного линейного вязкоупругого тела (СЛТ). В численной реализации использовался следующий подход: вначале
находится квазистатическое решение для упругой деформации ε(t) однородной несжимаемой Луны под действием
приливного потенциала Земли W(t), зависящего от времени; затем делается преобразование Лапласа для перевода
решения в s-область; для каждой из реологических моделей вводится модуль сдвига µ(s), зависящий от характерных
параметров и особенностей модели; тензор напряжений получен обратным преобразованием Лапласа, c
использованием соотношения σ(s) = 2µ(s)*ε(s). Показано, что для результирующей скорости диссипации, рассчитанной
с использованием коэффициента добротности Q = 100 для моделей Кельвина-Фойгта, Максвелла и СЛТ необходимы
значения вязкости 10^14, 10^18 и 3*10^17 Па*с соответственно. Так как добротность Q = 100 является типичной
величиной для недр планет земной группы, полученные величины вязкости должны характеризовать лунные породы.
При этом реология по моделям Кельвина-Фойгта и СЛТ не соответствует поведению реальной планеты при больших
временных интервалах, в то время как реология лунных пород по модели Максвелла выглядит более реалистичной и
для больших и для малых временных интервалов. Проведен анализ данных прецессии Луны на основе данных,
полученным по лазерным уголковым отражателям, который указывает на регулярное смещение направления оси
вращения. Это свидетельствует о дополнительном источнике диссипации на границе жидкого внешнего ядра и мантии
из-за различных скоростей вращения внутреннего ядра Луны и ее массивной внешней оболочки. По предварительным
оценкам, вязкость промежуточного слоя зависит от частоты и добротность составляет Q = 37 ± 4 для месячного цикла и
Q = 60 ± 15 для годового цикла. Сделан вывод о том, что энергия, выделяемая данным источником в настоящее время
мала по сравнению с приливной диссипацией, но в прошлом, при более сильном вращении Луны и большей вязкости
мантии, она давала более значительный вклад во внутренний тепловой поток.
Был проведен анализ неравномерной динамики взаимодействия по времени Луны с Землей, связанной с ее
геологической историей, с привлечением астрономических античных наблюдений солнечных затмений и
палеонтологических данных о росте ободков на кораллах. Они свидетельствуют, что за последние 500 млн. лет
среднее замедление вращения Земли составляет примерно 1,9 сек каждые 100 000 лет. Так, в Силурийский период
(440 млн. лет назад) продолжительность суток была 21,53 часа, при этом за 4 млрд. лет замедление с такой скоростью
составило 21 час, что отвечало бы длительности земных суток ~ 3 часа. Однако такой период вращения находится на
пределе ротационной стабильности по Пуассону и делает этот сценарий маловероятным. Луна под действием
приливообразующих сил Земли еще в докембрии завершила свою эволюцию (что подкрепляется данными GRAIL) и
произошел приливной «захват» в синхронное вращение. Очевидно, главным фактором неравномерной динамики
вращения Земли стала геотектоника: образование океана, разломы первичной коры, поднятия и движения континентов
значительно меняли величину диссипации приливной энергии. Наблюдаемое в настоящее время замедление вращения
обусловлено взаимодействием океанических приливов с континентами на мелких шельфовых окраинах, которое в
прошлом, на глубоком океане с другой структурой суперконтинента, было гораздо меньше.
Были получены оценки валовых минерального и химического состава и количества летучих компонентов,
привносимых микрометеороидами – частицами, размером менее 1 мм, выпадающими на лунную поверхность.
Поскольку поверхность Луны повергается непрерывной бомбардировке такими частицами, поступающих из пояса
астероидов и ядер комет, то для оценки запаса современных отложений летучих в полярных областях и в глубинных
слоях реголита в более низкоширотных регионах необходимо знать количественные оценки их притока в общий
баланс летучих. В настоящее время средняя оценка потока микрометороидов на поверхность Земли составляет
2,5*10^-15 кг м-2сек-1. Соответственно, на поверхность Луны, учитывая гравитационный фактор фокусировки,
выпадает 0,68 от земного потока или 1,5*10^-15 кг м-2сек-1, при этом влияние Земли является ничтожно малым. Вклад
в формирование реголита вносят и более крупные тела. Из оценок распределения по массам числа выпадающих тел в
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 5 из 30
потоке следует, что вклад в бомбардировку тел с размером от первых мм до 10 м пренебрежимо мал, а потоки тел
размерностью меньше первых мм и от 10 м до 2 км, соответственно, практически одинаковы.
На основе изучения продуктов высокоскоростных соударений, микрометеороидов с реголитом были получены
оценки параметров их ударного преобразования. Минимальная скорость соударения частицы космической пыли с
поверхностью Луны составляет 2,4 км с-1 при средней скорости столкновения 15,3 км с-1. Расчеты температур за
фронтом ударной волны и температур после разгрузки, генерируемых при этих столкновениях, производились с
использованием ударных адиабат обыкновенного хондрита и серпентина (ударники) и различных мишеней (лунные
базальты, анортозит, реголит с пористостью 40%) и уравнения Ми – Грюнайзена при γ=1. Полученная минимальная
пост-ударная температура микрометеороида при скорости соударения, равной 2,4 км с-1 составила 330º С, тогда как
средняя пост-ударная температура при скорости соударения, равной 15,3 км с-1, равнялась 2500º С.
Наряду с теоретическим анализом и численным моделированием взаимодействия микрометеороидов с лунной
поверхностью, проведены также экспериментальные исследования образующихся продуктов при взаимодействии
микрометеороидов с реголитом и получены оценки параметров ударного преобразования реголита в результате
высокоскоростных соударений. Были проведены лазерные эксперименты, имитирующие микрометеоритную
бомбардировку на поверхности Луны. Эксперименты были осуществлены на базе ИКИ РАН с участием сотрудников
института М.В.Герасимова и О.И.Яковлева. Характеристики лазера: энергия 600-700 Дж, длительность импульса 10^-3 с,
мощность 10^6-10^7 Вт/см2, температура на поверхности мишени 4000-5000 K. В качестве мишени использовался
образец базальта (длина и ширина: 2 х 2 см, толщина 0,5 см), изверженного из импактного кратера. Исходные
структурные характеристики, химический и минеральный состав были исследованы на растровом электронном
микроскопе и путем микрорентгеноспектрального анализа, а также с помощью рентгенофлюоресцентного анализа (на
базе ФГУП «ВИМС» и ГЕОХИ РАН). По данным анализов была построена треугольная диаграмма летучести, в углах
которой расположены суммы оксидов различной летучести, рис.1 (см. Приложение). На ней можно отследить тренд
фракционирования химического состава в продуктах разлёта из кратера после имитирующего удар лазерного
нагружения: наблюдается смещение в сторону CaO+Al2O3+TiO2, то есть обогащение труднолетучими компонентами.
Кроме того, на базе ИГЕМ РАН с помощью сканирующего электронного микроскопа проводилось исследование кратера,
оставленного лазерным ударом. Определена неоднородность по химическому составу стёкол расплава находящихся в
кратере и на его периферии.
Как показывает изучение коллекций микрометеоритов, собранных на Земле, в них преобладают 3 главных типа
частиц – а) космические сферулы, б) «тонкозернистые» и в) «грубозернистые» разности. Тонкозернистые разности
состоят из вещества, близкого или тождественного материалу углистых хондритов (филлосиликаты,
высокотемпературные фазы, углеродистое вещество). На основании предварительного изучения кластов редких пород
в лунных материковых метеоритах (брекчиях) показано, что предшественники космических сферул были образованы
из тонкозернистых разностей в результате нагрева при пролете в атмосфере. Установлено, что в популяции
микрометеороидов, вещество, схожее с углистыми хондритами, составляет около 75 % от общего числа частиц. Как
следует из расчетов, тонкозернистые разности микрометеороидов при соударении с поверхностью безатмосферных
тел (Луны) в подавляющем своем большинстве нагреваются до температур, достаточных для разложения минералов и
фаз, содержащих летучие компоненты. Образующийся при этом расплав входит в состав агглютинатов – частиц,
необходимо присутствующих в лунном грунте в количестве порядка 30 %. Исходя из предположения, что содержание
летучих равно их содержанию в СМ углистых хондритах, наиболее близких к тонкозернистым разностям
микрометеороидов, получено, что ежегодное поступление таких компонентов, как H2O, CH4, SO2 и СО+СО2 на всю
поверхность Луны составляет 184 тонны, 27 тонн, 27 тонн и 18 тонн соответственно. Таким образом,
микрометеороидная бомбардировка полярных областей Луны может вносить в течение геологического времени
заметный вклад в накопление летучих в затененных областях полярных шапок. Поток Na и P оценивается в 5,5 и 1,8
тонны соответственно. Привнесение основных элементов (Si, Fe, Mg, Al и Cа) в целом оказывает слабое влияние на
валовый состав реголита, учитывая его переработку в процессе кратерообразующих событий, но должен учитываться
при дистанционном анализе участков со зрелым реголитом, где вклад космогенного вещества может достигать около
10 %.
Были получены оценки величины теплового потока Луны и его зависимости от гравитационных аномалий и
особенностей рельефа. Использовались данные измерений глубинными зондами в миссиях Апполон-15 и Апполон-17
и данные современных измерений в диапазонах микроволнового и инфракрасного излучения с космических
аппаратов. По данным Апполона-15 средняя величина внутреннего теплового потока составляет 0.74 мкКал/см2 с2 с
минимальным зарегистрированным значением в 0.714 мкКал/см2 с2 и максимальным 0.858мкКал/см2 с2. По данным
Апполона-17 средние величины внутреннего теплового потока составляли 0.672 мкКал/см2 с2 и 0.516мкКал/см2 с2 для
первого и второго зонда соответственно. Эти значения сопоставлялись с особенностями структуры недр и рельефа в
районах высадки экипажей. Была проведено изучение зависимости и степени корреляции между выявленными
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 6 из 30
гравиметрическими аномалиями по данным космического аппарата GRAIL и тепловыми аномалиями, найденными по
данным ИК-радиометрии с космического аппарата LRO Diviner и данным микроволновой радиометрии с космического
аппарата Chang’e 1. В результаты была выделена взаимосвязь между крупными (региональными) гравиметрическими
аномалиями и тепловыми аномалиями, и почти полное отсутствие корреляции между локальными гравитационными и
тепловыми аномалиями. Изучено латеральное распределение теплового потока по данным с космических аппаратов
Chang’e 1 и LRO Diviner и подготовлены материалы для последующего картирования латерального распределения
внутреннего теплового потока Луны. Более детальное изучение величины корреляции внутреннего теплового потока
Луны с детальной морфологией рельефа, структурой недр и данными по химическому составу пород потребует
привлечение данных измерений на других космических аппаратах.
Проводилось исследование процессов взаимодействия с силикатами и алюмосиликатами ионов водорода H+ и ядер
гелия с целью определения механизмов химической и структурной модификации минералов. При облучении
минералов протонами и ионами солнечного ветра происходит разрушение кристаллической структуры минерала и на
его поверхности образуется радиационно-индуцированная аморфная пленка и происходит восстановление элементов
(Fe, Ti, Si и др.), а при взаимодействии протонов с освободившимися ионами кислорода на поверхности минеральных
частиц лунного реголита образуется OH- и протонная вода. Для изучения степени аморфизации поверхности
кристаллов минералов (кварца и анортита) в зависимости от компоненты солнечного ветра (протоны, ядра гелия), а
также от энергии и дозы облучения были проведены численные расчеты c помощью программы SRIM2010. Получено,
что глубина имплантации зависит от энергии облучения, от массы облучающих заряженных частиц и от состава мишени
и оценен относительный вклад этих факторов. Если глубина имплантации протонов и ионов гелия определяется,
прежде всего, их энергией, то глубина и степень аморфизации гораздо в большей степени зависит от плотности потока
или дозы ионов. Отсюда следует, что все связанные с имплантацией протонов умеренных энергий (в пределах
нескольких кэВ) химические и физические процессы космического выветривания реголитовых частиц анортита и
кварца будут происходить внутри сформированной на поверхности кристалла радиационно-индуцированной аморфной
пленки, не достигая кристаллической структуры минерала. В отличие от облучения протонами, толщина аморфного слоя
при облучении ядрами гелия даже при высокой дозе всегда совпадает с максимальной глубиной имплантации Не+.
Соответственно, основная концентрация ионов Не+ должна накапливаться в переходной зоне между аморфной и
кристаллической фазой минерала.
В процессе экспериментальных аналитических исследований имплантации, механизмов захвата и концентрации
гелия и водорода в породообразующих минералах-аналогах лунного реголита было выявлено, что адсорбированные на
поверхности нано- и мезопор различных кристаллических фаз силикатов и алюмосиликатов молекулы газов
колеблются с частотой до ~1012 Гц, что попадает в терагерцовый диапазон шкалы электромагнитных колебаний. По
предварительным экспериментальным данным, в температурном диапазоне 20–120°С для газов от 2 до 44 а.е.м. (от
молекулярного водорода до двуокиси углерода) частота колебаний молекул находится в пределах от 6 до 2 ТГц. При
этом одноядерные молекулы испытывают свободные гармонические колебания, многоядерные молекулы - свободные
ангармонические колебания. Очевидно, если изменить химический состав поверхности нанопор тепловым
воздействием или облучением высокоэнергетическим потоком водородно-гелиевой плазмы, частота колебания также
изменится. Эти выявленные зависимости необходимо учитывать при анализе структуры и свойств кристаллической
решетки породообразующих лунных минералов.
Была создана цифровая модель рельефа (ЦМР) южного полюса Луны, рис. 2 (см Приложение). Данная ЦМР является
базисом для дальнейших работ в рамках гранта, так как по ней можно проследить особенности морфологии в данной
области и исследовать корреляцию рельефа и распределения изучаемых веществ по поверхности южного полюса
Луны. ЦМР покрывает область южного полюса между широтами -80 и -90. Пространственное разрешение модели 30
метров, что обусловлено плотностью покрытия южного полюса данными лазерного альтиметра LOLA, установленного на
борту космического аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter. Данный инструмент позволил с окололунной круговой
орбиты измерять высоту рельефа лунной поверхности с высокой точностью.
Была разработана и практически использована следующая методология создания модели. С использованием ресурса
PDS-Geosciences были обработаны данные лазерной альтиметрии на исследуемую область, с исходным количеством
точек 851 520 774. Эти точки были отфильтрованы по критерию наличия шума в регистрируемом возвращении
лазерного импульса, так как измерения, отягощенные шумом, как правило, дают некорректное значение высоты.
Фильтрация измерений по данному критерию уменьшила количество точек на 20%. Из отфильтрованных измерений
создавалась триангуляционная модель рельефа, в которой точки с известными высотами соединяются ребрами, далее в
пределах этих ребер линейно интерполируется значение высот, что позволяет создать из дискретных измерений
альтиметрии непрерывную поверхность. Следующим шагом была конвертация триангуляционной модели рельефа в
растровый формат с шагом сетки 30 метров. Было принято во внимание, что лазерный альтиметр не всегда корректно
измеряет значение высоты в полярной области из-за гравитационной аномалии, которая влияет на погрешность
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 7 из 30
измерения координат местонахождения самого космического аппарата в момент съемки. Поэтому итоговый растр ЦМР
был сглажен методом скользящего окна, чтобы убрать явно выступающие из общего фона значения. Созданная и
практически апробированная модель ЦМР является основой для привязки результатов различных тематических
исследований коры в районе Южного полюса Луны, в том числе для начатых работ по созданию на ее основе карт
распределения и прогнозных запасов основных типов летучих ресурсов в полярной области, что предусмотрено
планом дальнейших работ. Проведен комплексный сравнительный анализ основных типов месторождений летучих
компонентов на Луне, включая состав, основные свойства, прогнозные запасы, методы и технические решения их
исследования и разработки. Показано, что наиболее богатые месторождения слабосвязанных газов и замороженных
летучих компонентов сконцентрированы преимущественно в полярных областях Луны. Прогнозные запасы каждого из
этих типов месторождений даже по предварительным данным на несколько порядков превышают запасы
месторождений имплантированного типа на всей поверхности Луны. В отличие от имплантированной компоненты
слабосвязанные и замороженные летучие крайне чувствительны и нестабильны к температурному и механическому
воздействию, и требуют разработки специальных методов исследования и технических средств для поисков, разведки
и разработки этих, наиболее ценных типов газовых месторождений.
Были проведены исследования по созданию различных моделей лунного реголита, имитирующих отдельные
свойства – минеральный и химический состав, гранулометрические и физико-механические свойства на основе
аналогов земных пород и минералов. Так как грунт, полностью аналогичный по всем свойствам лунному грунту, в
земных условиях на основе земных пород и минералов создать практически невозможно, то целесообразно
имитировать одну или несколько групп свойств в зависимости от назначения использования лунного грунта - аналога. В
случае создания имитатора для широкомасштабных натурных экспериментальных исследований, которые могут быть
востребованы, например, при отработке посадки космических аппаратов на лунную поверхность или при испытаниях
луноходов, необходимы большие объемы грунта-аналога, измеряемые десятками и сотнями тонн, что сопровождается
рядом требований. Такой имитатор должен повторять физико-механические свойства лунного грунта, в первую
очередь гранулометрический состав и плотность. Составляющие грунта-аналога должны быть при этом недорогими,
обладать легкой промышленной доступностью и доставляться в большом количестве, а их обработка не должна быть
трудной и высокотехнологичной, а потому затратной. Под такие требования подходят модели лунного грунта
следующих типов, включающие в себя компоненты промышленного производства: а) щебеночно-песчаная смесь с
фракцией 0-10 мм, зола-уноса Черепетской ГРЭС, кварцевый песок с фракцией 0.5-1.0 мм, б) песок шлаковый с
фракцией 0-5 мм, зола-уноса Рязанской ГРЭС, кварцевый песок с фракцией 0.5-1.0 мм, в) щебеночно-песчаная смесь с
фракцией 0-10 мм, зола-уноса Каширской ГРЭС, кварцевый песок с фракцией 0.5-1.0 мм. Во всех трех имитаторах
компоненты были взяты нами в весовом соотношении 33%-40%-27% в порядке перечисления. Вышеназванные лунные
грунты-аналоги достаточно близко соответствуют оригинальному лунному грунту по плотности, гранулометрическому
составу, прочностным и деформационным свойствам и могут применяться в качестве основного материала при
проектировании натурных площадок лунной поверхности.
Были проведены экспериментальные исследования по созданию аналогов-имитаторов
минерального, химического и морфологического состава морского и материкового лунного реголита. В качестве
опорных были использованы результаты анализа грунтов, содержавшихся в колонках, доставленных автоматическими
аппаратами Луна -16 и Луна -20, табл. 1 и 2 (см. Приложение). Ряд минеральных групп пород образцов лунного
реголита имеются в аналогичных земных породах. Основой при выборе земных аналогов был валовый химический
состав минеральных групп в породах. Соответственно, для создания аналога морского реголита были выбраны: габбро,
перидотит и дунит, а для создания материкового аналога – гарцбургит, норит и базальт вулканический. Проводился
анализ химического состава каждого образца земной породы массой 1 г и по полученным результатам установлены
массовые пропорции для их смешения в соответствии с составом лунного реголита. На следующем этапе создавались
образцы аналога лунного реголита с соответствующим морфологическим составом, опираясь на результаты
исследований Луны-16 и Луны-20, табл. 3 (см. Приложение). Для дробления земных пород использовались шаровые
мельницы «Retsch MM 200» и «Мельница лабораторная МЛ-1», причем конечный размер частиц варьировался в
зависимости от количества и размера размолотых шаров и временем помола. Для того, чтобы уточнить массовую
пропорцию и внести необходимую поправку на смешение земных пород, полученный образец аналога по
минеральному, химическому и морфологическому составу вновь подвергался химическому анализу.
Для исследований адсорбционных свойств образцов - имитаторов лунного реголита - в ГЕОХИ был спроектирован и
изготовлен лабораторный стенд – миниатюрная муфельную печь с возможностью подачи газов и обеспечением
герметичности, рис. 3 (см. Приложение). На ней проводился отжиг малых количеств образцов с линейным
программированием температур от 25,0°С до 1000,0°С с шагом 50,0°С, хотя технически устройство позволяет задать
любой другой шаг с точностью до ±1,0°С). Эксперимент по отжигу образцов проводился до 800±50°С в связи с резким
повышением хрупкости керамической загрузочной лодочки. Кварцевый высокотемпературный реактор (8, рис. 3)
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 8 из 30
позволяет осуществлять подачу любого газа, а также создавать условия вакуума путем присоединения системы
перепускных кранов. Для проверки функционирования системы был проведен тестовый эксперимент по адсорбции
водорода. Количество водорода определялось на газовом хроматографе «Кристалл Люкс – 4000М» (Хроматек). Реактор
(8, рис. 3) обеспечивает также возможность проведения испытаний по быстрому замораживанию водяного пара и
летучих на модельных порошках: после насыщения образцов аналога летучими его можно погрузить в емкость с
жидким азотом, а вслед за тем поместить в нагревательный узел (7, рис. 3) и проводить дальнейшие исследования. В
дальнейшем планируется подвергнуть образцы облучению, с тем, чтобы установить влияние космической радиации на
адсорбционные свойства и приблизить результаты исследований образцов к реальным условиям нахождения реголита
на лунной поверхности.
По результатам проведенных экспериментов по изучению адсорбционных свойств образцов было установлено,
что наилучшей имитации свойств лунного реголита удовлетворяют образцы земной породы соответствующего
минерального/химического и морфологического состава, дробления и пропорций смешивания, которые по
петрографическим признакам содержат минимальное (или нулевое) количество гидросиликатов и трехвалентного
железа. Наилучшие результаты получены в условиях дегазации с постепенным нагревом до 800±50°С (ниже
температур спекания) с выдержкой под вакуумом для удаления окклюдированных и связанных летучих и при
выдержке под вакуумом при 200÷400°С до полного прекращения газоотдачи, причем процесс зависит от массы,
геометрической формы, равномерности нагрева, герметичности и уровня вакуума. Для исследования характера
адсорбции проводились также эксперименты по заполнению герметичной камеры простыми летучими и с повторной
дегазацией без вакуума с целью отбора проб для хроматографического анализа.
Проведены исследования по созданию модельного вещества лунного реголита для условий полярных областей
Луны из наиболее близких аналогов земных пород и минералов. Проведен ряд экспериментов по быстрому
совместному замораживанию водяного пара и летучих на модельных порошках и по изучению механизмов и степени
удержания газов в образующейся ледяной пленке на минеральных зернах. Для изучения механизмов и степени
удержания газов в образующейся ледяной пленке было проведено тестовое испытание, для чего кварцевый реактор с
помощью системы перепускных кранов и шлангов-соединителей был присоединен к колбе с дистиллированной водой
и баллону со смесью летучих газов. При этом кварцевый реактор находился в нагревательном узле при температуре
>100°С, чтобы над образцом - аналогом лунного реголита не происходила конденсация воды. Через септу был
осуществлен выход к колбе-приемнику проходящих газов и горячего водяного пара, после чего кварцевый реактор
был погружен в жидкий азот для быстрого замораживания. Взвешивание образца-аналога лунного реголита после
обработки и измерения объема воды в колбе-приемнике позволило установить количество адсорбированных газов и
воды. Последующий нагрев этого образца до 150°С позволил произвести высвобождение газов из ледяной пленки
(корки), не затрагивая адсорбированные газы в самом образце и затем провести хроматографический анализ состава
ледяной пленки.
Проведено исследование физических и химических взаимодействий между зернами реголита и газами при
адсорбционных процессах, определяемых дисперсионным, ориентационным и индукционным составляющими
межмолекулярного притяжения. Химическое взаимодействие обусловлено различной степенью насыщенности
валентных сил атомов поверхности, а физические факторы создают в поверхностном слое решетки минералов
реголита силовое поле, и конденсация молекул окружающего газа происходит значительно легче. Учитывается также
то, что поверхность минеральных зерен не является гладкой, а имеет многочисленные микроскопические дислокации.
Аналитическое изучение количества конкретного адсорбированного газа в зависимости от давления газа и
температуры адсорбционной изотермы и модели с использованием молекулярно-кинетической теории
Фрейдлиха/Ленгмюра позволяет определить характерные величины - константу адсорбционного равновесия и
величину предельной адсорбции. По изменению концентрации и массы адсорбированных газов на единицу массы
образца лунного реголита определены характеристики адсорбции (мономолекулярная Ленгмюра или
полимолекулярная Поляни) для различных областей концентраций.
Были проведены численные расчеты миграции планетезималей из зоны питания Юпитера и Сатурна к Земле и Луне
для ряда исходных данных. Рассматривались как современные массы и положения орбит планет земной группы, так и
ранний период эволюции с зародышами планет, в том числе планет-гигантов на первоначальных более близких
орбитах. Каждая серия расчетов включала не менее 250 планетезималей. При интегрировании использовался
симплектический метод. На основе вычисленных массивов элементов орбит планетезималей (тел) вычислялись
вероятности их столкновений с Землей и Луной за динамическое время жизни (до столкновения с планетами,
выпадения на Солнце или выброса на гиперболическую орбиту). Определены величины вероятности p соударения с
Землей при современной массе Земли mE и массе зародыша 0,1 mE, равные 2•10^-6 и 4•10^-7, соответственно.
Вероятности соударений с Луной оказались от 16 до 17 раз меньше. Примерно одинаковые значения вероятностей для
Земли и Луны получены при современных орбитах планет и при более близких начальных орбитах планет-гигантов.
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 9 из 30
Были оценены также вероятности соударений с Землей и Луной малых тел (астероидов, комет), мигрировавших с
периферии Солнечной системы и первоначально пересекавших орбиту Юпитера. Рассчитанные средние вероятности
соударений с Землей оказались порядка 4•10^-6, хотя для конкретных орбит ряда объектов отличие достигало двух
порядков. На основе проведенных расчетов были сделаны оценки массы воды и летучих, доставленных к Земле и Луне
из зоны питания Юпитера и Сатурна и с больших радиальных расстояний от Солнца. В рамках рассмотренной модели
масса воды, полученной Землей, сопоставима с объемом земных океанов, в то время как оценка массы воды,
доставленной к Луне, могла быть примерно в 20 раз меньше, но эта оценка сильно зависит от модели роста зародыша
Луны.
Проведены исследования динамической модели формирования зародыша Луны с учетом ограничений, налагаемых
на угловой момент системы в рамках модели совместного формирования Земли и Луны. Показано, что угловой момент
современной системы Земля-Луна и угловой момент родительского сгущения, необходимый для образования
зародышей Земли и Луны при его сжатии могли быть результатом столкновении двух исходных разреженных
сгущений с общей массой не менее 0,1 mE, двигавшихся в протопланетном диске по круговым гелиоцентрическим
орбитам. Проведенные расчеты привели к выводу, что масса исходного сгущения, породившего зародыши Земли и
Луны, могла быть < 0.02 mE c учетом последующего роста углового момента зародышей в процессе аккумуляции ими
вещества диска. Расчеты свидетельствуют также о том, что если бы исходные зародыши Земли и Луны не содержали
железа, а выпадавшее на них вещество содержало 33% железа, то современная доля железа на Луне равная 8%, была
бы достигнута при росте зародыша Луны в 1.3 раза. При большем росте для объяснения состава Луны нужно, помимо
прямого выпадения на нее планетезималей, учитывать также значительный приток к зародышу Луны обедненного
железом вещества, выброшенного с поверхности растущей Земли при многочисленных столкновениях с ней небесных
тел. Согласно полученным оценкам, при росте массы зародыша Луны в 1.3 раза масса зародыша Земли выросла бы в
1.7 и 2.7 раз, при отношении плотностей зародышей Земли и Луны, равном 1.65 и 1, соответственно. Эти оценки
соответствуют слабо эксцентричным гелиоцентрическим орбитам планетезималей, а при больших эксцентриситетах
рост зародыша Земли меньше, чем зародыша Луны. Поэтому отношение роста зародыша Луны к росту Земли было,
вероятно, меньше при аккумуляции планетезималей из зоны питания Земли, но больше при аккумуляции тел,
приходивших из-за орбиты Юпитера. Очевидно, для объяснения состава Луны в рамках динамической модели нужно
рассматривать не только прямое выпадение планетезималей, но и значительный приток вещества к зародышу Луны за
счет вещества, выброшенного с поверхности растущей Земли. Этот результат следует иметь в виду при анализе
формирования древней коры Луны.
Все планируемые на год работы выполнены полностью:
да
1.4. Сведения о достигнутых конкретных научных результатах в отчетном году
(до 5 стр.)
Фундаментальной основой проекта служит схожесть геологической истории Земли и ее естественного спутника,
исходя из концепции совместного образования Земли и Луны из единого сгущения в протопланетном газопылевом
диске. С этой концепцией, подкрепляемой изучением изотопных сдвигов в исследованных образцах лунных пород,
связано предположение о близости процессов формирования коры обоих тел и попытка восстановления особенностей
древней коры Земли, стертых последующими эволюционными процессами при образовании гидросферы, атмосферы,
биосферы, но сохранившихся в почти неизмененном виде на Луне. В рамках проекта в отчетном году проведены
исследования современных доступных данных о свойствах лунной коры, включая широкий комплекс измерений на
космических аппаратах и анализ лунных метеоритов из коллекции ГЕОХИ. Начато изучение наиболее перспективных
районов залегания полезных ископаемых, которые могут быть востребованы при осуществлении будущих проектов
освоения Луны.
По итогам исследований ряда космических миссий был проведен анализ точности важнейших геофизических
величин необходимых для оценки внутреннего строения Луны: размеры и форма фигуры, масса, средний момент
инерции, приливные числа Лява и Шида h2, k2 и l2 . Это позволило сформулировать уточненную модель недр для
решения обратной задачи по нахождению таких величин, как вероятные радиусы, плотность и жесткость (вязкость)
всех внутренних слоев. Показано, что отклик Луны на приливное возмущение, представляющее собой в общем случае
вынужденное связанное упруго-пластическое колебание лунных недр при изменении внутреннего и внешнего
гравитационных полей, может быть охарактеризован по наблюдаемым данным тремя безразмерными числами Лява h2,
k2, и Шида l2. Для теоретического расчета чисел Лява была сформулирована и рассмотрена связанная система
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 10 из 30
уравнений теории упругости и теории гравитационного потенциала. Показано, числа Лява являются функционалами от
распределения плотности ρ, модуля сдвига µ и модуля сжатия K в недрах Луны и служат ограничениями при выборе
моделей ее внутреннего строения.
В результате предварительных расчетов были получены следующие значения параметров слоев в структуре недр
Луны: твердое внутреннее ядро 136 ± 50 км; жидкое внешнее ядро 275 ± 70 км, плотность 6193 ± 900 кг/м3; мантия
1400 ± 100 км, плотность 3350 ± 30 кг/м3; кора 30-45 км, плотность 2660 ± 150 кг/м3. Однако на основании только
геофизических данных невозможно однозначно подтвердить наличие переходного слоя пониженной жесткости
между жидким внешним ядром и мантией. Сделан вывод, что если переходный слой существует, то его жесткость
ограничена 43 ± 9 ГПа, что близко к жесткости мантии 70 ± 5 ГПа. Согласно нашей модели, концентрации основных
оксидов, минеральный состав и физические свойства в каждой зоне мантии Луны могут быть определены путем
совместной инверсии геофизических данных с привлечением гипотезы «магматического океана». Предполагается,
что состав нижней (недифференцированной) мантии, не затронутой процессами плавления, должен быть идентичен
среднему составу вышележащих оболочек и отражать валовый состав силикатной Луны (масс. %): 10-13 % FeO (и Fe в
ядре), 10-11 % CaO + Al2O3, 43 % SiO2, 32 % SiO2. Минеральный состав верхней (дифференцированной) мантии с
глубиной по мере кристаллизации: оливин (Fo97–88) и low-Ca пироксен (En88–85Fs12–10Wo1–3 (ортопироксен,
Opx); Opx замещается high-Ca клинопироксеном (En76–49Fs39–18Wo6–12) с появлением плагиоклаза; на конечной
стадии кристаллизуется β-кварц, ильменит и формируются массивы остаточного расплава с несовместимыми
элементами (K, REE, фосфаты), дающие впоследствии KREEP-базальты.
С учетом неоднородного слоистого строения Луны были проведены теоретические исследования и численные
расчеты с целью получения оценок механизмов диссипации энергии в недрах Луны вследствие приливного
взаимодействия с Землей. Анализ геологических данных по длительности синодического месяца в докембрии
указывает на более быстрое суточное вращение Земли (около 20 ч) и большую величину приливов, с чем связано
предположение о близости Луны к Земле около 4.5 – 4 млрд. лет при значении большой полуоси ее орбиты ~ 30
радиусов Земли. Гравиметрические данные GRAIL также указывают на наличие реликтового приливного выступа,
сформированного в мощной лунной коре во время ее кристаллизации и по величине отвечающей данному расстоянию.
Были проведены соответствующие расчеты и оценки скорости диссипации механической энергии в Луне за счет
приливного взаимодействия с Землей для трех различных реологических моделей: Кельвина-Фойгта (КФ), Максвелла
(М) и стандартного линейного вязкоупругого тела (СЛТ).
На основе данных о величине потока микрометеороидов и химическом составе популяции космической пыли была
рассчитана скорость выделения летучих компонентов и вклад различный элементов в состав реголита Луны.
Рассчитанные температуры микрометеороидов после соударения с лунной поверхностью (пост-ударные температуры)
показывают, что подавляющая масса частиц нагревалась выше 900º С, что вполне достаточно для полного разложения
фаз с летучими компонентами. Было получено, что ежегодное поступление таких компонентов как H2O, CH4, SO2 и
СО+СО2 на всю поверхность Луны составляет 184 тонны, 27 тонн, 27 тонн и 18 тонн соответственно, а поток Na и P
оценивается в 5,5 и 1,8 тонны. Области зрелого реголита с содержанием агглютинатовых частиц около 40 % будут
содержать порядка 10 % космогенного вещества хондритового состава, что должно учитываться при анализе данных,
полученных дистанционными методами с космических аппаратов.
Наряду с теоретическим анализом и численным моделированием взаимодействия микрометеороидов с лунной
поверхностью, проведены также экспериментальные исследования образующихся продуктов при взаимодействии
микрометеороидов с реголитом и получены оценки параметров ударного преобразования реголита в результате
высокоскоростных соударений. Были проведены лазерные эксперименты, имитирующие микрометеоритную
бомбардировку на поверхности Луны. Характеристики лазера: энергия 600-700 Дж, длительность импульса 10^-3 с,
мощность 10^6-10^7 Вт/см2, температура на поверхности мишени 4000-5000 K. В качестве мишени использовался
образец базальта (длина и ширина: 2 х 2 см, толщина 0,5 см), изверженного из импактного кратера. Исходные
структурные характеристики, химический и минеральный состав были исследованы на растровом электронном
микроскопе и путем микрорентгеноспектрального анализа, а также рентгенофлюоресцентным анализом (на базе ФГУП
«ВИМС» и ГЕОХИ РАН). По данным анализа была построена треугольная диаграмма летучести, в углах которой
расположены суммы оксидов различной летучести. На диаграмме наблюдается тренд фракционирования химического
состава в продуктах разлёта из кратера после лазерного удара: наблюдается обогащение труднолетучими
компонентами. С помощью сканирующего электронного микроскопа проводилось исследование кратера, оставленного
лазерным ударом. Определена неоднородность по химическому составу стёкол расплава, находящихся в кратере и на
его периферии.
Получены оценки величины теплового потока Луны и его зависимости от гравитационных аномалий и особенностей
рельефа. Использовались данные измерений глубинными зондами в миссиях Апполон-15 и Апполон-17 и данные
современных измерений в диапазонах микроволнового и инфракрасного излучения с космических аппаратов. По
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 11 из 30
данным Апполона-15 средняя величина внутреннего теплового потока составляет 0.74 мкКал/см2 с2. По данным
Апполона-17 средние величины внутреннего теплового потока составляли 0.672 мкКал/см2 с2 и 0.516мкКал/см2 с2 для
первого и второго зонда соответственно. Эти значения сопоставлялись с особенностями структуры недр и рельефа в
районах высадки экипажей. Было проведено изучения зависимости и степени корреляции между выявленными
гравиметрическими аномалиями по данным космического аппарата GRAIL и тепловыми аномалиями, найденными по
данным ИК-радиометрии с космического аппарата LRO Diviner и данным микроволновой радиометрии с космического
аппарата Chang’e 1. В результаты перечисленных исследований была выделена взаимосвязь между крупными
(региональными) гравиметрическими аномалиями, связанными в основном с крупными структурными
неоднородностями в коре и мантии Луны, и тепловыми аномалиями, связанными в основном с внутренним тепловым
потоком Луны. Так же было выявлено почти полное отсутствие корреляции между локальными гравитационными и
тепловыми аномалиями. Были подготовлены материалы по данным с космических аппаратов Chang’e 1 и LRO Diviner
для последующего картирования латерального распределения внутреннего теплового потока Луны.
Выполнены работы по созданию имитатора лунного грунта для широкомасштабных натурных экспериментов,
например, для создания моделей лунных ландшафтов для различных целей, для создания лунодромов для тестирования
различных транспортных средств (луноходов), для бросковых испытаний лунных посадочных аппаратов и т.д.. Такой
имитатор должен повторять отдельные, наиболее важные для данного эксперимента, физико-механические свойства
лунного грунта, в первую очередь гранулометрический состав и плотность. Для создания имитатора лунного грунта
использовались достаточно дешевые и доступные в больших объемах компоненты промышленных отходов и
строительные материалы, такие как, щебеночно-песчаная смесь или шлаковый песок, зола-уноса Черепетской,
Рязанской и Каширской ГРЭС, кварцевый песок. Было создано три имитатора из компонентов, полученных из разных
источников. Полученные лунные грунты-аналоги достаточно близко соответствуют оригинальному лунному грунту по
плотности, гранулометрическому составу, прочностным и деформационным свойствам и при выполнении специальных
разработанных требований по укладке могут применяться в качестве основного материала при проектировании
натурных площадок лунной поверхности.
Для исследований образцов - имитаторов реголита в ГЕОХИ был спроектирован и изготовлен лабораторный стенд –
миниатюрная муфельную печь с возможностью подачи газов и обеспечением герметичности. На ней проводился отжиг
малых количеств образцов с линейным программированием температур от 25,0°С до 1000,0°С с шагом 50,0°С, хотя
технически устройство позволяет задать любой другой шаг с точностью до ±1,0°С. Эксперимент по отжигу образцов
проводился до 800±50°С в связи с резким повышением хрупкости керамической загрузочной лодочки. Кварцевый
высокотемпературный реактор позволяет осуществлять подачу любого газа, а также создавать условия вакуума путем
присоединения системы перепускных кранов. Для проверки функционирования системы был проведен тестовый
эксперимент по адсорбции водорода. Количество водорода определялось на газовом хроматографе «КристалЛюкс –
4000М» (Хроматек). Реактор обеспечивает также возможность проведения испытаний по быстрому замораживанию
водяного пара и летучих на модельных порошках: после насыщения образцов аналога летучими его можно погрузить в
емкость с жидким азотом, а вслед за тем поместить в нагревательный узел и проводить дальнейшие исследования.
Планируется подвергнуть образцы облучению, с тем чтобы установить влияние радиации на адсорбционные свойства и
приблизить результаты исследований образцов к реальным условиям нахождения реголита на лунной поверхности.
Было изучено разрушение кристаллической структуры минералов при облучении минералов протонами и ионами
солнечного ветра с образованием на его поверхности радиационно-индуцированной аморфной пленки,
восстановление элементов (Fe, Ti, Si и др.). При взаимодействии протонов с освободившимися ионами кислорода на
поверхности минеральных частиц лунного реголита образуется OH- и протонная вода. По данным проведенных
расчетов c помощью программы SRIM2010 глубина имплантации зависит от энергии облучения, от массы облучающих
заряженных частиц и от состава мишени. Если глубина имплантации протонов и ионов гелия определяется, прежде
всего, их энергией, то глубина и степень аморфизации гораздо в большей степени зависит от плотности потока или
дозы ионов. В отличие от облучения протонами, толщина аморфного слоя при облучении ядрами гелия даже при
высокой дозе всегда совпадает с максимальной глубиной имплантации Не+. Соответственно, основная концентрация
ионов Не+ должна накапливаться в переходной зоне между аморфной и кристаллической фазой минерала. В процессе
экспериментальных и аналитических исследований имплантации, механизмов захвата и концентрации гелия и
водорода в породообразующих минералах-аналогах лунного реголита было выявлено, что адсорбированные на
поверхности нано- и мезопор различных кристаллических фаз силикатов и алюмосиликатов молекулы газов
колеблются с частотой до ~10^12 Гц, что попадает в терагерцовый диапазон шкалы электромагнитных колебаний.
Создана цифровая модель рельефа (ЦМР) южного полюса Луны. Данная ЦМР является основой для создания карт
распределения и оценки прогнозных запасов основных типов летучих ресурсов в полярной области. ЦМР покрывает
область южного полюса между широтами -80 и -90. Пространственное разрешение модели – 30 метров, что
обусловлено плотностью покрытия южного полюса данными лазерного альтиметра LOLA – инструмента,
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 12 из 30
установленного на борту космического аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter. На основе анализа данных
регионального и глобального геохимического картирования Луны космическими аппаратами, а также на основе
экспериментальных и теоретических исследований имплантации и концентрации летучих компонентов в лунных
породообразующих минералах были выявлены основные свойства летучих компонентов в лунном реголите, которые в
зависимости от формы накопления и сохранения подразделяются на три основных типа – имплантированные,
слабосвязанные и замороженные летучие. Выделенные типы летучих компонентов отличаются по составу,
содержанию, региональному распределению и запасам.
Были проведены экспериментальные исследования по созданию аналогов-имитаторов
минерального, химического и морфологического состава морского и материкового лунного реголита. В качестве
опорных были использованы результаты, анализа грунтов, содержавшихся в колонках, доставленных автоматическими
аппаратами Луна -16 и Луна -20 (табл. 1 и 2, см. Приложение). Ряд минеральных групп пород образцов лунного
реголита имеются в аналогичных земных породах. Основой при выборе земных аналогов был валовый состав
минеральных групп в породах. Соответственно, для создания аналога морского реголита были выбраны: габбро,
перидотит и дунит, а для создания материкового аналога – гарцбургит, норит и базальт вулканический. Проводился
анализу химического состава каждого образца земной породы массой 1 г и по полученным результата установлены
массовые пропорции для их смешения в соответствии с составом лунного реголита. На следующем этапе создавались
образцы аналога лунного реголита с соответствующим морфологическим составом, опираясь на результаты
исследований Луны-16 и Луны-20.
Были проведены численные расчеты миграции планетезималей из зоны питания Юпитера и Сатурна к Земле и Луне
для ряда исходных данных. Рассматривались как современные массы и положения орбит планет земной группы, так и
ранний период эволюции с зародышами планет, в том числе планет-гигантов на первоначальных более близких
орбитах. Каждая серия расчетов включала не менее 250 планетезималей. При интегрировании использовался
симплектический метод. На основе вычисленных массивов элементов орбит планетезималей (тел) вычислялись
вероятности их столкновений с Землей и Луной за динамическое время жизни (до столкновения с планетами,
выпадения на Солнце или выброса на гиперболическую орбиту). Определены величины вероятности p соударения с
Землей при современной массе Земли mE и массе зародыша 0,1 mE, равные 2•10^-6 и 4•10^-7, соответственно.
Вероятности соударений с Луной оказались от 16 до 17 раз меньше. Примерно одинаковые значения вероятностей для
Земли и Луны получены при современных орбитах планет и при более близких начальных орбитах планет-гигантов.
Были оценены также вероятности соударений с Землей и Луной малых тел (астероидов, комет), мигрировавших с
периферии Солнечной системы и первоначально пересекавших орбиту Юпитера. Рассчитанные средние вероятности
столкновений с Землей оказались порядка 4•10^-6, хотя для конкретных орбит ряда объектов отличие достигало двух
порядков. На основе проведенных расчетов были сделаны оценки массы воды и летучих, доставленных к Земле и Луне
из зоны питания Юпитера и Сатурна и с больших радиальных расстояний от Солнца. В рамках рассмотренной модели
масса воды, полученной Землей, сопоставима с объемом земных океанов, в то время как оценка массы воды,
доставленной к Луне, могла быть примерно в 20 раз меньше, но эта оценка сильно зависит от модели роста зародыша
Луны.
Проведены исследования динамической модели формирования зародыша Луны с учетом ограничений, налагаемых
на угловой момент системы в рамках модели совместного формирования Земли и Луны. Показано, что угловой момент
современной системы Земля-Луна и угловой момент родительского сгущения, необходимый для образования
зародышей Земли и Луны при его сжатии могли быть результатом столкновении двух исходных разреженных
сгущений с общей массой не менее 0,1 mE, двигавшихся в протопланетном диске по круговым гелиоцентрическим
орбитам. Масса исходного сгущения, породившего зародыши Земли и Луны, могла быть < 0.02 mE c учетом
последующего роста углового момента зародышей в процессе аккумуляции ими вещества диска. Расчеты
свидетельствуют о том, что если бы исходные зародыши Земли и Луны не содержали железа, а выпадавшее на них
вещество содержало 33% железа, то современная доля железа на Луне равная 8%, была бы достигнута при росте
зародыша Луны в 1.3 раза. При большем росте для объяснения состава Луны нужно, помимо прямого выпадения на нее
планетезималей, учитывать также значительный приток к зародышу Луны обедненного железом вещества,
выброшенного с поверхности растущей Земли при ее многочисленных столкновениях с небесными телами. Согласно
полученным оценкам, при росте массы зародыша Луны в 1.3 раза масса зародыша Земли выросла бы не более, чем в
1.7 и 2.7 раз, при отношении плотностей зародышей Земли и Луны, равном 1.65 и 1, соответственно. Эти результаты
следует иметь в виду при анализе формирования древней коры Луны.
Все запланированные в отчетном году научные результаты достигнуты:
да
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 13 из 30
1.5. Описание выполненных в отчетном году работ и полученных научных результатов для публикации на сайте РНФ
на русском языке (до 3 страниц текста, также указываются ссылки на информационные ресурсы в сети Интернет (urlадреса), посвященные проекту)
Фундаментальной основой проекта служит схожесть геологической истории Земли и ее естественного спутника,
исходя из концепции совместного образования Земли и Луны из единого сгущения в протопланетном газопылевом
диске. С этой концепцией, подкрепляемой изучением изотопных отношений в исследованных образцах лунных пород,
связано предположение о близости процессов формирования коры обоих тел и попытка восстановления особенностей
древней коры Земли, стертых последующими эволюционными процессами при образовании гидросферы, атмосферы,
биосферы, но сохранившихся в почти неизменном виде на Луне. В рамках проекта в отчетном году проведены
исследования современных доступных данных о свойствах лунной коры, включая широкий комплекс измерений на
космических аппаратах и анализ лунных метеоритов из коллекции ГЕОХИ. Начато изучение наиболее перспективных
районов залегания полезных ископаемых, которые могут быть востребованы при осуществлении будущих проектов
освоения Луны.
По результатам исследований на лунных космических аппаратах был проведен анализ точности важнейших
геофизических величин, используемых при изучении внутреннего строения Луны: размеры и форма фигуры, масса,
средний момент инерции, приливные воздействия, характеризуемые числами Лява и Шида. Это позволило
сформулировать уточненную модель недр для решения обратной задачи по нахождению таких величин, как вероятные
радиусы, плотность и жесткость (вязкость) всех внутренних слоев. Показано, что отклик Луны на приливное
возмущение, представляющее собой в общем случае вынужденное связанное упруго-пластическое колебание лунных
недр при изменении внутреннего и внешнего гравитационных полей, может быть успешно исследован по
наблюдаемым трем безразмерным приливным числам. В результате предварительных расчетов были получены
следующие значения параметров слоев в структуре недр Луны: твердое внутреннее ядро 136 ± 50 км; жидкое внешнее
ядро 275 ± 70 км, плотность 6193 ± 900 кг/м3; мантия 1400 ± 100 км, плотность 3350 ± 30 кг/м3; кора 30-45 км,
плотность 2660 ± 150 кг/м3. На основании только геофизических данных невозможно однозначно подтвердить
наличие переходного слоя пониженной жесткости между жидким внешним ядром и мантией.
С учетом неоднородного слоистого строения Луны были проведены теоретические исследования и численные
расчеты с целью получения оценок механизмов диссипации энергии в недрах Луны вследствие приливного
взаимодействия с Землей. Анализ геологических данных по длительности синодического месяца в докембрии
указывает на более быстрое суточное вращение Земли (около 20 ч) и большую величину приливов, с чем связано
предположение о близости Луны к Земле около 4.5 – 4 млрд. лет при значении большой полуоси ее орбиты ~ 30
радиусов Земли. Гравиметрические данные также указывают на наличие реликтового приливного выступа,
сформированного в мощной лунной коре во время ее кристаллизации и по своей величине отвечающей данному
расстоянию. Проведен анализ данных прецессии Луны на основе данных, полученным по лазерным уголковым
отражателям, который указывает на регулярное смещение направления оси вращения. Это свидетельствует о
дополнительном источнике диссипации на границе жидкого внешнего ядра и мантии из-за различных скоростей
вращения внутреннего ядра Луны и ее массивной внешней оболочки.
Получены оценки величины теплового потока Луны и его зависимости от гравитационных аномалий и особенностей
рельефа. Использовались данные измерений глубинными зондами в миссиях Апполон-15 и Апполон-17 и данные
современных измерений в диапазонах микроволнового и инфракрасного излучения с космических аппаратов. По
данным Апполона-15 средняя величина внутреннего теплового потока составляет 0.74 мкКал/см2 с2. По данным
Апполона-17 средние величины внутреннего теплового потока составляют 0.672 мкКал/см2 с2 и 0.516 мкКал/см2 с2
для первого и второго зонда, соответственно. По гравиметрическим данным КА GRAIL, тепловым данным ИКрадиометрии с КА LRO Diviner и микроволновой радиометрии с КА Chang’e 1 была найдена взаимосвязь между
крупными региональными гравиметрическими аномалиями, связанными в основном с крупными структурными
неоднородностями в коре и мантии Луны, и тепловыми аномалиями, связанными с внутренним тепловым потоком.
Подготовлены материалы по данным с КА Chang’e 1 и LRO Diviner для картирования латерального распределения
внутреннего теплового потока Луны
Для исследований теплофизических свойств лунного реголита на образцах-имитаторах в ГЕОХИ был спроектирован и
изготовлен лабораторный стенд – миниатюрная муфельная печь с возможностью подачи газов и обеспечением
герметичности. На ней проводился отжиг малых количеств образцов с линейным программированием температур от
25,0°С до 1000,0°С с шагом 50,0°С, хотя технически устройство позволяет задать любой другой шаг с точностью до
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 14 из 30
±1,0°С. Эксперимент по отжигу образцов проводился до 800±50°С в связи с резким повышением хрупкости
керамической загрузочной лодочки. Кварцевый высокотемпературный реактор позволяет осуществлять подачу любого
газа, а также создавать условия вакуума путем присоединения системы перепускных кранов. Для проверки
функционирования системы был проведен тестовый эксперимент по адсорбции водорода. Количество водорода
определялось на газовом хроматографе «КристалЛюкс – 4000М» (Хроматек, Россия). Реактор обеспечивает также
возможность проведения испытаний по быстрому замораживанию водяного пара и летучих на модельных порошках.
Разработана методика, по которой после насыщения образца-аналога летучими он погружается в емкость с жидким
азотом, а вслед за тем помещается в нагревательный узел для дальнейших исследований. Планируется подвергнуть
образцы облучению, с тем чтобы установить влияние радиации на адсорбционные свойства и приблизить результаты
исследований образцов к реальным условиям нахождения реголита на лунной поверхности
На основе данных о распределении скоростей микрометеороидов, величины их потока и химико-петрографическом
составе их популяции был рассчитан приток летучих и нелетучих компонентов на поверхность Луны. Получено, что
ежегодное поступление таких компонентов как H2O, CH4, SO2 и СО+СО2 на всю поверхность Луны составляет 184
тонны, 27 тонн, 27 тонн и 18 тонн соответственно, а поток Na и P оценивается в 5,5 и 1,8 тонны. Области зрелого
реголита с содержанием аглютинатовых частиц около 40 % будут содержать порядка 10 % космогенного вещества
хондритового состава, что должно учитываться при анализе данных, полученных дистанционными методами с
космических аппаратов.
Проводились лазерные эксперименты, имитирующие микрометеоритную бомбардировку поверхности Луны. В
качестве мишени использовался образец базальта. Исходные структурные характеристики, химический и минеральный
состав были исследованы на растровом электронном микроскопе, микрорентгеноспектральным анализом и
рентгенофлюоресцентным анализом. По данным химического анализа материала, вылетевшего из кратера, построена
треугольная диаграмма, в углах которой были расположены суммы оксидов различной летучести. На ней наблюдается
тренд фракционирования химического состава в продуктах разлёта из кратера после лазерного удара: наблюдается
обогащение труднолетучими компонентами.
При облучении минералов протонами и ионами солнечного ветра происходит разрушение кристаллической структуры
минерала с образованием на его поверхности радиационно-индуцированной аморфной пленки, восстановление
элементов (Fe, Ti, Si и др.), а при взаимодействии протонов с освободившимися ионами кислорода на поверхности
минеральных частиц лунного реголита образуется OH- и протонная вода. По данным проведенных расчетов c помощью
программы SRIM2010 глубина имплантации зависит от энергии облучения, от массы облучающих заряженных частиц и
от состава мишени. Если глубина имплантации протонов и ионов гелия определяется, прежде всего, их энергией, то
глубина и степень аморфизации гораздо в большей степени зависит от плотности потока или дозы ионов. В отличие от
облучения протонами, толщина аморфного слоя при облучении ядрами гелия даже при высокой дозе всегда совпадает
с максимальной глубиной имплантации Не+. В процессе экспериментальных и аналитических исследований
имплантации, механизмов захвата и концентрации гелия и водорода в породообразующих минералах-аналогах лунного
реголита было выявлено, что адсорбированные на поверхности нано- и мезопор различных кристаллических фаз
силикатов и алюмосиликатов молекулы газов колеблются с частотой до ~10^12 Гц, что попадает в терагерцовый
диапазон шкалы электромагнитных колебаний.
По данным лазерного альтиметра LOLA, установленного на борту космического аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter,
создана цифровая модель рельефа (ЦМР) южного полюса Луны с пространственным разрешением 30 метров. Данная
ЦМР является основой для создания карт распределения и оценки прогнозных запасов основных типов летучих
ресурсов в полярной области. В зависимости от формы накопления и сохранения летучих компонентов в лунном
реголите выделены три основных типа газовых месторождений – имплантированные, слабосвязанные и
замороженные летучие, которые отличаются по составу, содержанию, региональному распределению и запасам.
Наиболее богатые месторождения имплантированных газов расположены преимущественно в экваториальной области
в морских районах. Наиболее богатые месторождения слабосвязанных газов и замороженных летучих компонентов
сконцентрированы преимущественно в полярных областях Луны, прогнозные запасы которых даже по
предварительным данным на несколько порядков превышают запасы месторождений имплантированного типа на всей
поверхности Луны. В отличие от имплантированной компоненты слабосвязанные и замороженные летучие крайне
чувствительны и нестабильны к температурному и механическому воздействию, и требуют разработки специальных
методов исследования и технических средств для поисков, разведки и разработки этих, наиболее ценных типов
газовых месторождений.
Проведенные нами уточненные расчеты миграции тел в Солнечной системе показали, что масса воды, доставленной
на Землю телами, пришедшими из далеких областей Солнечной системы, могла быть сравнима с массой земных
океанов, причем половина этой массы могла быть доставлена кометами и С-астероидами из зоны питания Юпитера и
Сатурна, а вторая половина – с еще больших радиальных расстояний от Солнца. Меньшее отношение водорода к
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 15 из 30
дейтерию D/H в океанической воде (земной стандарт SMOW), чем у большинства комет может быть связано с тем, что,
помимо экзогенного источника, определенный вклад могла внести вода эндогенного происхождения, содержание
которой в верхней мантии оценивается в несколько масс земных океанов. До 1/3 массы воды, доставленной к
зародышу Земли из зоны питания Юпитера и Сатурна, могло прийти при росте зародыша до половины его нынешней
массы. Соответствующие оценки получены также для Луны на раннем и последующем этапах эволюции.
Угловой момент современной системы Земля-Луна и угловой момент родительского сгущения, необходимый для
образования зародышей Земли и Луны при сжатии сгущения, могли быть получены при столкновении двух сгущений,
двигавшихся до столкновения по круговым гелиоцентрическим орбитам. Показано, что относительный рост зародыша
Луны был, вероятно, меньше, чем рост зародыша Земли, при аккумуляции планетезималей из зоны питания Земли, но
больше, чем зародыша Земли, при аккумуляции тел, приходящих из-за орбиты Юпитера. При значительном росте
массы зародыша Луны, для объяснения состава лунных пород нужно рассматривать не только прямое выпадение на
нее планетезималей, но и значительный приток вещества к зародышу Луны за счет вещества, выброшенного с
поверхности растущей Земли при ее многочисленных столкновениях с небесными телами. Эти результаты будут
учитываться при анализе формирования древней коры Луны.
на английском языке
The fundamental basis of the project is the similarity of the geological history of the Earth and its natural satellite, based on
the concept of joint formation of the Earth and Moon from a single condensation in the protoplanetary gas-dust disk. This
concept, supported by the study of isotope ratios in the returned samples of lunar rocks, caused the assumption on the
closeness of the formation processes of both bodies crust and try to restore features of the ancient crust of the Earth, erased
subsequent evolutionary processes in the formation of the hydrosphere, atmosphere, biosphere, but preserved in almost
unchanged state on the moon. In the framework of the project in the reporting year, investigated current available data on
the properties of the lunar crust, including a wide range of measurements by the spacecraft and the analysis of lunar
meteorites from the collection of GEOKHI. Initiated a study of the most promising areas of mineral deposits, which can be
used in future projects of lunar exploration.
The results of studies by lunar spacecrafts was the precision of important geophysical values used in the study of the
internal structure of the moon: size and shape of the figure, the mass, the average moment of inertia, tidal effects,
characterized by the numbers Love and Shida. This allowed us to formulate a refined model of the interiors structure for the
solution of the inverse problem on finding such values, as the probable radii, density and stiffness (viscosity) of all inner
layers. It is shown that the response of the moon to the tidal perturbation, which is a in the general case, the forced associated
viscoelastical oscillation of the lunar interior during the change in the internal and external gravitational fields, can be studied
successfully for the observed tidal three dimensionless numbers. As a result of preliminary calculations the following
parameters of the layers in the Moon’ interiors structure were obtained: the solid inner core 136 ± 50 km; liquid outer core
275 ± 70 km, density 6193 ± 900 kg/m3; mantle 1400 ± 100 km, density 3350 ± 30 kg/m3; crust 30-45 km, density 2660 ±
150 kg/m3. Only on the basis of geophysical data it is impossible to clearly confirm the presence of the transition layer with
reduced stiffness between the liquid outer core and the mantle.
Given the heterogeneous layered structure of the Moon were carried out theoretical studies and numerical calculations
with the aim of obtaining estimates of the mechanisms of energy dissipation in the interior of the Moon due to the tidal
interaction with the Earth. Analysis of geological data for the duration of the synodic month in the precambrian indicates a
more rapid daily rotation of the Earth (about 20 h) and a greater value of the tides, what is the assumption about the proximity
of the moon to the Earth is about 4.5 – 4 billion years when the value of the semimajor axis of its orbit ~ 30 Earth radii. Gravity
data also indicate the presence of relict tidal bulge, formed into a lunar crust during crystallization and its size corresponding
to a given distance. The analysis of the precession’ data of the moon on the basis of measurements obtained by a laser
corner-cube reflectors, points to a regular shift the direction of the rotation axis. This indicates additional sources of
dissipation on the boundary of the liquid outer core and the mantle due to the different rotation speeds of the inner core of
the Moon and its massive mantle.
Estimates of the Moon’ heat flow magnitude and its correlation with gravity anomalies and topography were done. We
used data of measurements of the deep probes mission Apollo-15 and Apollo-17 and data of modern measurements in
ranges of microwave and infrared radiation by the spacecraft. According to the Apollo 15 average internal heat flow is 0.74,
mkcal/cm2 c2. According to the Apollo-17 the average values of internal heat flow are 0.672 mkcal/cm2 c2 and 0.516,
mkcal/cm2 c2 for the first and second probe, respectively. By GRAIL gravity data, thermal data IR radiometry from the LRO
Diviner and microwave radiometry from the Chang'e 1 was found the relationship between the major regional gravity
anomalies, mainly related to major structural discontinuities in the crust and mantle of the moon, and thermal anomalies
associated with internal heat flux. Materials were prepared according with the missions Chang'e 1 and LRO Diviner to map the
lateral distribution of the Moon‘ internal heat flow.
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 16 из 30
For studies of thermo physical properties of the lunar regolith samples-simulators at GEOKHI was designed and
manufactured device – miniature muffle furnace with the possibility of gas supply and ensure the tightness. It was conducted
the annealing of small quantities of samples with linear programming temperature from 25.0°C to 1000.0°C in increments of
50.0°C, although technically the device allows you to set any other step with accuracy to ±1.0°C. The experiment on the
annealing of samples was carried out to 800±50°C due to the sharp increase in brittleness of the ceramic boot pumps. Quartz
high temperature reactor enables the flow of any gas and create a vacuum by attaching a system by-pass valves. Validation of
the system was tested in an experiment on the adsorption of hydrogen. The amount of hydrogen was determined using gas
chromatograph "Cristallux – 4000M" (Chromatec, Russia). Reactor also provides the possibility of testing for the rapid freezing
of water vapor and volatile on modeling powders. The developed method, in which after saturation of the sample, its
immersed in a container of liquid nitrogen, then placed in a heating unit for further research. Planned to radiate the samples
in order to determine the influence of radiation on the adsorption properties and to bring the results of research samples to
the real conditions of a regolith presence on the lunar surface.
Yielding of volatile and non-volatile components on the lunar surface due to micrometeoroid bombardment was
calculated using a distribution of micrometeoroid velocities, the flux, and chemical and petrographic compositions of their
population. Annual production rates of H2O, CH4, SO2, and СО+СО2 on the whole lunar surface are 184 tons, 27 tons, 27
tons, and 18 tons, respectively. The same for Na and P is 5.5 and 1.8 tons, respectively. Areas of mature regolith containing
around 40 % of agglutinates contain ~ 10% of a re-worked chondritic matter. The last should be taken into account by using
mission remote sensing data.
Laser experiments were performed as analogs of micrometeorite bombardment of the lunar surface. Basalt samples were
used as targets. SEM, EMPA, and RFA techniques were used for intact textural, mineralogical, and chemical characteristics of
an intact target matter. The diagram of chemical composition of ejecta was constructed. One can see a trend of chemical
fractionation of an ejecta matter that is caused by an enrichment the matter by refractory elements.
The irradiation of minerals by protons and ions of the solar wind produce the destruction of the minerals crystalline
structure and formed on the surface of the radiation-induced amorphous film, the restoration of the elements (Fe, Ti, Si, etc.).
Due to the interaction of the proton with the oxygen ions on the surface of mineral particles in the lunar regolith is formed
OH -, and proton water. According to carried out calculations using program SRIM2010 depth of implantation depends on the
radiation energy from mass of the irradiating charged particles and the composition of the target. If the implantation depth of
protons and helium ions is primarily determined by their energy, the depth and degree of amorphization is much more
dependent on the flux density or dose of ions. In contrast to irradiation with protons, the thickness of amorphous layer under
irradiation with helium nuclei even at high dose is always the same as the maximum depth of implantation of He+. In the
process of experimental and analytical studies of implantation, mechanisms of capture and concentration of helium and
hydrogen in the rock forming minerals-analogs of the lunar regolith revealed that gas molecules which were adsorbed on
the surface of nano - and mesopores of different crystalline phases of silicates and aluminosilicates oscillate with a frequency
of up to ~10^12 Hz that falls in the terahertz range of the scale of electromagnetic oscillations.
According to the LOLA laser altimeter on board the spacecraft Lunar Reconnaissance Orbiter, a digital elevation model
(DEM) of the south pole of the moon with a spatial resolution of 30 meters was done. This DEM is the basis for the creation of
distribution maps and estimates of probable reserves of the main types of volatile resources in the polar region. Depending
on the form of accumulation and preservation of volatiles in the lunar regolith has identified three main types of gas fields –
implanted, frozen loosely coupled and volatile, which differ in composition, content, regional distribution and inventory.
Most rich deposits of implanted gases are located primarily in the equatorial region in marine areas. Most rich deposits of
frozen gases loosely coupled and volatile components is concentrated mainly in the polar regions of the moon, probable
reserves which even according to preliminary estimates several orders of magnitude higher than the reserves of the
implanted type on the entire surface of the moon. Unlike the implanted components are loosely coupled and frozen volatile
and unstable extremely sensitive to temperature and mechanical impact, and require the development of specific research
methods and technical means for prospecting, exploration and exploitation of the most valuable types of gas deposits.
Our refined calculations of the migration of bodies in the Solar System showed that the mass of water delivered to the Earth
by the bodies that have come from far regions of the Solar System could be comparable with the mass of the terrestrial
oceans, half of this mass could be delivered by comets and C-asteroids from the feeding zone of Jupiter and Saturn, and the
other half from larger distances from the Sun. The ratio D/H of deuterium to tritium in the terrestrial oceans (SMOW, standard
mean ocean water), which is smaller than for most comets, may be due to the fact that in addition to the exogenous source, a
certain contribution could be made by water of endogenous origin, the content of which in the upper mantle is estimated at
several masses of terrestrial oceans. Up to 1/3 of the mass of water delivered to the Earth embryo from the feeding zone of
Jupiter and Saturn could come during the growth of the embryo to half of its present mass. The corresponding estimates have
been made also for the Moon at early and subsequent stages of evolution.
The angular momentum of the present Earth-Moon system and the angular momentum of the parental condensation,
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 17 из 30
which is necessary for the formation of the Earth and Moon embryos as a result of compression of the condensation, could be
obtained at the collision of two condensations moving before the collision in circular heliocentric orbits. It was shown that
the relative growth of the embryo of the Moon was probably less than the growth of the Earth's embryo for the accumulation
of planetesimals from the Earth's feeding zone, but was larger than that of the Earth's embryo for the accumulation of bodies
coming from behind Jupiter's orbit. In the case of significant increase in the mass of the embryo of the Moon, in order to
explain the composition of the lunar rocks, one should consider not only the direct fallout of planetesimals onto the embryo,
but also consider a significant inflow of matter thrown to the embryo of the Moon from the surface of the growing Earth in its
numerous collisions with celestial bodies.
1.6. Файл с дополнительными материалами
(при необходимости представления экспертному совету РНФ дополнительных графических материалов к отчету по
проекту)
В формате pdf, размером до 3 Мб. скачать...
1.7. Перечень публикаций за год по результатам проекта
(публикации добавляются из списка зарегистрированных участниками проекта публикаций)
1. Воропаев С.А., Корочанцев А.В., Федулов В.С., Кузина Д.М. (S. A. Voropaev, A.V. Korochantsev, V. S. Fedulov, D. M. Kuzina)
THERMOGRAVIMETRIC STUDIES OF OUTGASSING OF METEORITE ALLENDE CV3 Meteoritics and Planetary Science (2017 г.)
2. Воропаев С.А., Кочеров А.В., Лоренц К.А., Корочанцев А.В., Душенко Н.В., Кузина Д.М., Нугманов И.И., Джингао Я. (S. A.
Voropaev, A. V. Kocherov, C. A. Lorenz, A. V. Korochantsev, N. V. Dushenko, D. M. Kuzina, I. I. Nugmanov, and Y. Jianguo) Features
in Constructing a Certificate of Strength of Extraterrestrial Material by the Example of the Chelyabinsk Meteorite Doklady
Physics, Pleiades Publishing, Ltd. (2017 г.)
3. Слюта Е.Н. (Slyuta E.N.) Основные типы лунных ресурсов и проблемы их добычи и обогащения Горный журнал (2017
г.)
1.8. В 2017 году возникли исключительные права на результаты интеллектуальной деятельности, созданные при
выполнении проекта:
нет
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 18 из 30
1.9. Показатели реализации проекта
Показатели кадрового состава научного коллектива (рассчитываются как округленное до целого отношение суммы
количества месяцев, в которых действовали в отчетном периоде в отношении членов научного коллектива приказы о
составе научного коллектива, к количеству месяцев, в которых действовало в отчетном периоде соглашение)
Плановые значения указываются только для показателей, предусмотренных соглашением.
Единица
измерения
Показатели
Число членов научного коллектива
Число исследователей в возрасте до 39 лет среди членов научного коллектива
2017 год
план факт
человек
10
10
человек
5
5
в том числе:
кандидатов наук в возрасте до 35 лет (включительно)
человек
0
аспирантов (интернов, ординаторов) и (или) студентов очной формы
обучения
человек
4
человек
1
Количество лиц категории «Вспомогательный персонал»
Публикационные показатели реализации проекта (значения показателей формируются автоматически на основе
данных, представленных в форме 2о (накопительным итогом). Показатели публикационной активности приводятся в
отношении публикаций, имеющих соответствующую ссылку на поддержку Российского научного фонда и на организацию
(в последнем случае – за исключением публикаций, созданных в рамках оказания услуг сторонними организациями).
Плановые значения указываются только для показателей, предусмотренных соглашением.
Публикационные показатели реализации проекта (нарастающим итогом, за исключением
показателя «Число цитирований…»)
Единица 2017 год
измерения план факт
Количество публикаций по проекту членов научного коллектива в рецензируемых российских
и зарубежных научных изданиях, индексируемых в базах данных «Сеть науки» (Web of
Ед.
Science Core Collection) или «Скопус» (SCOPUS)
0
3
Число цитирований публикаций членов научного коллектива в научных журналах,
индексируемых в международной базе данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection)
в отчетном году
Ед.
Количество публикаций по проекту членов научного коллектива в изданиях, учитываемых в
базе данных «РИНЦ»
Ед.
Количество монографий по проекту членов научного коллектива
Ед.
0
Количество зарегистрированных результатов интеллектуальной деятельности по проекту
членов научного коллектива
Ед.
0
0
0
2
1.10. Информация о представлении достигнутых научных результатов на научных мероприятиях (конференциях,
симпозиумах и пр.)
(в том числе форма представления – приглашенный доклад, устное выступление, стендовый доклад и пр.)
1. Marov M.Ya., Ipatov S.I., Heterogeneous accretion: some results of the computer modeling, Abstracts of “The Eighth
Moscow Solar System Symposium 8M-S3” (Space Research Institute, Moscow, Russia, October 9-13, 2017), 8MS3-PA-01, p.
1-3, https://ms2017.cosmos.ru/docs/8m-s3_abstract_book_2.pdf. Устный доклад.
2. Маров М.Я., Ипатов С.И. Океаны Земли и планет земной группы: гипотезы происхождения. Тезисы XХII
Международной Научной конференции (Школы) по морской геологии (Москва, 20-24 ноября 2017 года). Пленарный
доклад. Сайт конференции - http://geoschool.ocean.ru/.
3. Ipatov S.I., Marov M.Ya. Migration of small bodies to the terrestrial planets. Abstracts of the 6th Bredikhin International
conference (Zavolzsk, Russia, 4-8 September, 2017), р. 26, an oral presentation. Ипатов С.И., Маров М.Я. Миграция малых
тел к планетам земной группы. Тезисы 6-ых Бредихинских Чтений (4-8 сентября 2017, Заволжск, Россия), с. 26 (тезисы
на двух языках). Устный доклад. Ссылка на сайт конференции: http://agora.guru.ru/display.php?conf=bredikhin2017.
4. Ipatov S.I., Marov M.Ya. Migration of icy objects to forming terrestrial planets. Abstracts of European Planetary Science
Congress 2017 (17–22 September 2017, Riga, Latvia), EPSC2017-211,
http://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2017/EPSC2017-211.pdf, 2 стр., an oral presentation. Устный доклад.
5. Ипатов С.И. Формирование зародышей Земли и Луны из общего сгущения и их последующий рост. Восемнадцатая
международная конференция "Физико-химические и петрофизические исследования в науках о Земле" (Москва, 2-4
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 19 из 30
октября, Борок, 6 октября 2017 г.). Материалы конференции. Москва. ИГЕМ РАН. 2017. С. 122-125. Стендовый доклад.
http://www.igem.ru/petromeeting_XVIII/tbgdocs/sbornik_2017.pdf
6. Ipatov S.I., Formation and growth of embryos of the Earth and the Moon. Abstracts of European Planetary Science
Congress 2017 (17–22 September 2017, Riga, Latvia), EPSC2017-355,
http://meetingorganizer.copernicus.org/EPSC2017/EPSC2017-355.pdf, 2 стр., a poster presentation. Стендовый доклад.
7. Ipatov S.I., Formation and growth of embryos of the Earth-Moon system, Abstracts of “The Eighth Moscow Solar System
Symposium 8M-S3” (Space Research Institute, Moscow, Russia, October 9-13, 2017), 8MS3-PS-36, p. 287-289,
https://ms2017.cosmos.ru/docs/8m-s3_abstract_book_2.pdf. A poster. Стендовый доклад.
8. Voropaev S.A., The surface tension of small bodies under self-gravity, rotation and tidal forces. Abstracts of “The Eighth
Moscow Solar System Symposium 8M-S3” (Space Research Institute, Moscow, Russia, October 9-13, 2017), 8MS3-SB-06, p.
134-136, https://ms2017.cosmos.ru/docs/8m-s3_abstract_book_2.pdf . Устный доклад
9. Dmitrovsky A.A., Zakharova M.A., Slyuta E.N. Preliminary data on the age interval of the Mons Rumker volcanic province
formation //
The Eighth Moscow Solar System Symposium, Moscow, Russia, October 9-13, 2017. Устный доклад.
1.11. Все публикации, информация о которых представлена в пункте 1.9, имеют указание на получение финансовой
поддержки от Фонда:
да
1.12. Информация (при наличии) о публикациях в СМИ, посвященных результатам проекта, с упоминанием Фонда:
нет
Настоящим подтверждаю:
самостоятельность и авторство текста отчета о выполнении проекта;
что при обнародовании результатов выполненного в рамках поддержанного РНФ проекта научный коллектив
ссылался на получение финансовой поддержки проекта от РНФ и на организацию, на базе которой выполнялось
исследование;
что согласен с опубликованием РНФ сведений из отчета о выполнении проекта, в том числе в информационнотелекоммуникационной сети «Интернет»;
что проект не имеет других источников финансирования;
что проект не является аналогичным* по содержанию проекту, одновременно финансируемому из других
источников.
*Проекты, аналогичные по целям, задачам, объектам, предметам и методам исследований, а также ожидаемым результатам. Экспертиза на совпадение
проводится экспертным советом Фонда.
Подпись руководителя проекта _____________________/М.Я.Маров/
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 20 из 30
Форма 2о.
Сведения о публикациях по результатам проекта
№ 17-17-01279
«Комплексные исследования древней материковой коры и вулканизма
естественного спутника Земли, как аналога первичной земной коры, и типов
лунных ресурсов»,
в 2017 году
Приводится в отношении публикаций, имеющих соответствующую ссылку на поддержку РНФ.
(заполняется отдельно на каждую публикацию, для формирования п. 1.7. отчета)
В карточке публикации все данные приводятся на языке и в форме, используемой базами данных «Сеть науки» (Web of
Science Core Collection), «Скопус» (Scopus) и/или РИНЦ, каждая статья упоминается только один раз (независимо от языков
опубликования).
1
2.1. Авторы публикации
на русском языке: Воропаев С.А., Корочанцев А.В., Федулов В.С., Кузина Д.М.
на английском языке: S. A. Voropaev, A.V. Korochantsev, V. S. Fedulov, D. M. Kuzina
WoS Researcher ID (при наличии): --Scopus AuthorID (при наличии): --2.2. Название публикации
THERMOGRAVIMETRIC STUDIES OF OUTGASSING OF METEORITE ALLENDE CV3
2.3. Год публикации
2017
2.4. Ключевые слова
outgassing, volatiles, planetary accretion, thermal metamorphism, chemistry, mineralogy, asteroids
2.5. Вид публикации
тезисы
2.6. Название издания (для монографий также указываются название издательства, город)
Meteoritics and Planetary Science
ISSN (при наличии): 1086-9379
e-ISSN (при наличии): --ISBN (при наличии): --Издание индексируется базой данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus) и
входит в первый квартиль (Q1) по импакт-фактору JCR Science Edition или JCR Social Sciences Edition, по Scopus SJR: нет
2.7. Выходные данные публикации (номер, том, выпуск, страницы, реквизиты документа о регистрации
исключительных прав)
vol. 52, Issue Supplement S1, ab. 6038
Месяц и год публикации: 08.2017
Адрес полнотекстовой электронной версии публикации (URL) в открытом источнике (при наличии):
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/maps.2017.52.issue-S1/issuetoc
2.8. DOI (при наличии)
10.1111/maps.12934
Accession Number WoS (при наличии): --Scopus EID (при наличии): ---
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 21 из 30
2.9. Принята к публикации (указывается в случае официального принятия к публикации в последующих изданиях,
положительного решения о регистрации исключительных прав)
Для принятых к публикации материалов п. 2.7 не заполняется.
--Письмо из редакции или издательства с извещением о принятии рукописи к публикации: --2.10. Издание индексируется базой данных Web of Science Core Collection
да
2.11. Импакт-фактор издания
2.39
2.12. Издание индексируется базой данных Scopus
да
2.13. Издание индексируется базой данных РИНЦ
нет
2.14. Публикация аффилирована с организацией
да
2.15. В публикации:
В качестве источника финансирования исследования указан грант Российского научного фонда
да
Указаны иные источники финансирования (в том числе указаны несколько грантов Российского научного фонда),
помимо данного гранта Российского научного фонда
нет
2.16. Файл с текстом публикации
файл pdf, скачать
2
2.1. Авторы публикации
на русском языке: Воропаев С.А., Кочеров А.В., Лоренц К.А., Корочанцев А.В., Душенко Н.В., Кузина Д.М., Нугманов
И.И., Джингао Я.
на английском языке: S. A. Voropaev, A. V. Kocherov, C. A. Lorenz, A. V. Korochantsev, N. V. Dushenko, D. M. Kuzina, I. I.
Nugmanov, and Y. Jianguo
WoS Researcher ID (при наличии): --Scopus AuthorID (при наличии): --2.2. Название публикации
Features in Constructing a Certificate of Strength of Extraterrestrial Material by the Example of the Chelyabinsk Meteorite
2.3. Год публикации
2017
2.4. Ключевые слова
Chondrite, meteorite, minerals, composition, strength, structure, defects, asteroids
2.5. Вид публикации
статья
2.6. Название издания (для монографий также указываются название издательства, город)
Doklady Physics, Pleiades Publishing, Ltd.
ISSN (при наличии): 1028-3358
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 22 из 30
e-ISSN (при наличии): --ISBN (при наличии): --Издание индексируется базой данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus) и
входит в первый квартиль (Q1) по импакт-фактору JCR Science Edition или JCR Social Sciences Edition, по Scopus SJR: нет
2.7. Выходные данные публикации (номер, том, выпуск, страницы, реквизиты документа о регистрации
исключительных прав)
Vol. 62, No. 10, pp. 486–489
Месяц и год публикации: 10.2017
Адрес полнотекстовой электронной версии публикации (URL) в открытом источнике (при наличии):
--2.8. DOI (при наличии)
10.1134/S1028335817100111
Accession Number WoS (при наличии): --Scopus EID (при наличии): --2.9. Принята к публикации (указывается в случае официального принятия к публикации в последующих изданиях,
положительного решения о регистрации исключительных прав)
Для принятых к публикации материалов п. 2.7 не заполняется.
--Письмо из редакции или издательства с извещением о принятии рукописи к публикации: --2.10. Издание индексируется базой данных Web of Science Core Collection
да
2.11. Импакт-фактор издания
.521
2.12. Издание индексируется базой данных Scopus
да
2.13. Издание индексируется базой данных РИНЦ
да
2.14. Публикация аффилирована с организацией
да
2.15. В публикации:
В качестве источника финансирования исследования указан грант Российского научного фонда
да
Указаны иные источники финансирования (в том числе указаны несколько грантов Российского научного фонда),
помимо данного гранта Российского научного фонда
нет
2.16. Файл с текстом публикации
файл pdf, скачать
3
2.1. Авторы публикации
на русском языке: Слюта Е.Н.
на английском языке: Slyuta E.N.
WoS Researcher ID (при наличии): --Scopus AuthorID (при наличии): --2.2. Название публикации
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 23 из 30
Основные типы лунных ресурсов и проблемы их добычи и обогащения
2.3. Год публикации
2017
2.4. Ключевые слова
Луна, лунный грунт, реголит, внеземные ресурсы, лунные ресурсы, летучие, освоение Луны
2.5. Вид публикации
статья
2.6. Название издания (для монографий также указываются название издательства, город)
Горный журнал
ISSN (при наличии): 0017-2278
e-ISSN (при наличии): --ISBN (при наличии): --Издание индексируется базой данных «Сеть науки» (Web of Science Core Collection) или «Скопус» (Scopus) и
входит в первый квартиль (Q1) по импакт-фактору JCR Science Edition или JCR Social Sciences Edition, по Scopus SJR: нет
2.7. Выходные данные публикации (номер, том, выпуск, страницы, реквизиты документа о регистрации
исключительных прав)
4, стр.13-18
Месяц и год публикации: 05.2017
Адрес полнотекстовой электронной версии публикации (URL) в открытом источнике (при наличии):
--2.8. DOI (при наличии)
10.17580/gzh.2017.04.02
Accession Number WoS (при наличии): --Scopus EID (при наличии): --2.9. Принята к публикации (указывается в случае официального принятия к публикации в последующих изданиях,
положительного решения о регистрации исключительных прав)
Для принятых к публикации материалов п. 2.7 не заполняется.
--Письмо из редакции или издательства с извещением о принятии рукописи к публикации: --2.10. Издание индексируется базой данных Web of Science Core Collection
нет
2.11. Импакт-фактор издания
.19
2.12. Издание индексируется базой данных Scopus
да
2.13. Издание индексируется базой данных РИНЦ
да
2.14. Публикация аффилирована с организацией
да
2.15. В публикации:
В качестве источника финансирования исследования указан грант Российского научного фонда
да
Указаны иные источники финансирования (в том числе указаны несколько грантов Российского научного фонда),
помимо данного гранта Российского научного фонда
нет
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 24 из 30
2.16. Файл с текстом публикации
файл pdf, скачать
Подпись руководителя проекта _____________________/М.Я. Маров/
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 25 из 30
Форма 3о.
План работы на 2018 год и ожидаемые результаты по проекту
№ 17-17-01279
«Комплексные исследования древней материковой коры и вулканизма
естественного спутника Земли, как аналога первичной земной коры, и типов
лунных ресурсов»
3.1. План работы на 2018 год
(в том числе указываются запланированные командировки по проекту), до 5 стр.
Проведение лабораторного геохимического и петрологического анализа реголита и вещества лунных метеоритов с
использованием образцов метеоритной и лунной коллекций ГЕОХИ РАН для поиска и минералого-геохимической
характеристики редких и экзотических объектов - плагиоклаз-шпинелевых пород, глубинных пород, возможных
водосодержащих фаз и продуктов их переработки, а также ударно-метаморфизованных пород, в том числе стекол и
аглютинатов.
Лабораторное изучение специфических объектов в лунных метеоритах и реголите
(стекла, агглютинаты в реголите, класты глубинного происхождения в лунных брекчиях, породы, содержащие
фосфористые оливины и т.д.) с определением содержания в них летучих компонентов и углеродистого вещества.
Исследование основных закономерностей изменения интенсивности вулканической активности во времени и
пространстве и связь этих изменений с составом лунных морских пород в выделенных магматических и вулканических
провинциях. Восстановление истории формирования лунной коры и возможных форм нахождения летучих
компонентов для установления их вклада в образование лунных пород.
Создание цифровой модели рельефа Северной полярной области Луны и создание на их основе карт распределения
и прогнозных запасов основных типов летучих ресурсов в полярной области.
Изучение процессов взаимодействия ионов гелия He+ с силикатами, алюмосиликатами и окислами, определение
механизмов химической и структурной модификации минералов, а также абсорбции газов в зависимости от энергии и
дозы ионов, от химического состава и структуры кристаллической решетки основных породообразующих минералов
лунного реголита.
Расчеты миграции пылевых частиц и тел из различных областей Солнечной системы и вычисление вероятности
столкновений частиц с Землей и Луной для ряда стадий эволюции Солнечной системы. Сравнение количества вещества,
доставленного к Земле и Луне из зоны питания планет земной группы и из-за снеговой линии на различных этапах
роста Земли и Луны.
В 2018 г. участники гранта планируют участвовать в международных и российских конференциях, в том числе, в
Московском симпозиуме по Солнечной системе (октябрь, 2018), 81rd Annual Meeting of the Meteoritical Society (Москва,
22-27 июля, 2018), 30th IAU General Assembly (Вена, Австрия, 20-31 августа, 2018) и/или European Planetary Science
Congress (Берлин, Германия, 16-21 сентября 2018), и/или 42nd COSPAR scientific assembly (Пасадена, США, 14-22 июля
2018).
3.2. Ожидаемые в конце 2018 года конкретные научные результаты
(форма изложения должна дать возможность провести экспертизу результатов и оценить степень выполнения
заявленного в проекте плана работы), до 5 стр.
Определение минералогического, петрографического и геохимического состава лунных метеоритов – брекчий
методами электронной микроскопии, микрозонда и микроРамановской спектроскопии.
Выявление фрагментов специфических (редких) пород в лунных метеоритах и объектов в лунном грунте с целью
установления содержания в них летучих и углеродистых веществ (в т.ч. возможных плагиоклаз-шпинелевых пород,
глубинных пород, водосодержащих фаз и продуктов их переработки, а также ударно-метаморфизованных пород стекол и аглютинатов).
Получение минералого-геохимических характеристик обломков пород различного происхождения в лунных
брекчиях, установление их генезиса; определение второстепенных элементов в оливинах (в т.ч. фосфора).
Определение распространенности продуктов ударной переработки лунного вещества в матрице лунных метеоритов.
Установление структуры и состава реликтовых образований древней лунной коры на основе гравиметрических и
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 26 из 30
геохимических данных.
Проведение теоретического и числового анализ физико-механических свойств древней лунной коры.
Создание модели первичной атмосферы Луны на основе предполагаемого минерального состава дегазирующей
магмы, установление вклада летучих в процессы остывания магмы.
Получение и анализ данных термогравиметрии хондритов (типы LL, L, H).
Геологическое и геохимическое картирование вулканической провинции Рюмкер Монс в Океане Бурь и
сравнительный анализ геологической истории формирования и состава вулканогенных пород с другими
региональными вулканическими провинциями Луны, выявление пространственно-временных закономерностей
изменения вулканической активности.
Создание цифровой модели рельефа (ЦМР) Северной полярной области Луны до 80° с.ш. с пространственным
разрешением 30 м.
Создание на основе ЦМР карты распределения аномалий водяного эквивалента водорода по данным космического
аппарата LRO и оценка зависимости распределения этих аномалий от топографии и степени освещенности.
Оценка прогнозных запасов замороженных летучих (водяного льда) в Северной и Южной полярных областях на
основе распределения аномалий водяного эквивалента водорода.
Оценка зависимости глубины имплантации ионов водорода и гелия от энергии ионов в основные породообразующие
минералы лунного реголита – анортит, оливин и пироксен.
Оценка максимума ионизационных потерь энергии ионов водорода (dE/dx) в зависимости от энергии облучения при
взаимодействии с основными породообразующими минералами лунного реголита анортитом, оливином и пироксеном
по данным расчетов с помощью программы SRIM2010.
Проведение комплекса расчетов миграции пылевых частиц и порождающих их планетезималей, астероидов, комет,
транснептуновых объектов, метеороидов к Земле и Луне из различных областей Солнечной системы, получение
количественных оценок вероятности их столкновений с Землей и Луной и доставленных объемов воды и летучих для
ряда стадий эволюции Солнечной системы и орбитального положения планет-гигантов.
Сравнение количества вещества, полученного зародышами Земли и Луны из зоны питания планет земной группы и изза снеговой линии в процессе роста Земли и Луны при формировании Солнечной системы.
3.3. Файл с дополнительной информацией (при необходимости)
(c графиками, фотографиями, рисунками и иной информацией о содержании проекта)
В формате pdf, до 3 Мб. скачать...
Подпись руководителя проекта _____________________/М.Я.Маров/
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 27 из 30
Форма 4о.
Запрашиваемое финансирование по проекту
№ 17-17-01279
«Комплексные исследования древней материковой коры и вулканизма
естественного спутника Земли, как аналога первичной земной коры, и типов
лунных ресурсов»,
на 2018 год
4.1. Планируемые расходы по проекту за счет средств, предоставляемых Фондом на следующий год (тыс. руб.)
Без учета неиспользованного остатка средств гранта предыдущих лет на начало планируемого года.
№
п.п.
Направления расходования средств гранта
ВСЕГО
Сумма расходов
(тыс.руб.)
6000
Вознаграждение членов научного коллектива (с учетом страховых взносов во
внебюджетные фонды, без лиц категории «вспомогательный персонал»),
2600
в том числе:
вознаграждение членов научного коллектива – исследователей в возрасте до 39
лет (включительно)
Имеет информационный характер.
Вознаграждение лиц категории «вспомогательный персонал» (с учетом страховых
взносов во внебюджетные фонды)
1
Итого вознаграждение (с учетом страховых взносов во внебюджетные фонды)
2
Оплата услуг сторонних организаций на выполнение научного проекта
200
2800
400
Не более значений, предусмотренных соглашением.
3
Расходы на приобретение оборудования и иного имущества, необходимых для
проведения научного исследования (включая монтаж, пусконаладочные работы,
обучение работников и ремонт)
400
4
Расходы на приобретение материалов и комплектующих для проведения научного
исследования
200
5
Иные расходы для целей выполнения проекта
6
Накладные расходы организации
Не могут превышать значений, предусмотренных соглашением.
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 28 из 30
1600
600
4.2. Расшифровка планируемых расходов
№
п.п.
1
Направления расходования средств гранта, расшифровка
Итого вознаграждение (с учетом страховых взносов во внебюджетные фонды)
(указывается общая сумма вознаграждения, включая установленные трудовым законодательством Российской Федерации гарантии, отчисления по
страховым взносам на обязательное пенсионное страхование, на обязательное медицинское страхование, на обязательное социальное страхование на
случай временной нетрудоспособности и в связи с материнством, на обязательное социальное страхование от несчастных случаев на производстве и
профессиональных заболеваний)
2800000 руб. Это общее вознаграждение всем членам коллектива, включая вспомогательный персонал
2
Оплата услуг сторонних организаций
(приводится перечень планируемых договоров (счетов) со сторонними организациями с указанием предмета и суммы каждого договора)
400000 руб. Это хоз. договор с МГУ им. М.В.Ломоносова для проведения исследований структуры и состава
лунных метеоритов.
3
Расходы на приобретение оборудования и иного имущества, необходимых для проведения научного
исследования (включая монтаж, пусконаладочные работы, обучение работников и ремонт)
(представляется перечень планируемых к закупке оборудования и иного имущества, необходимых для проведения научного исследования)
400000 руб. Это расходы на приобретение помолочной мельницы и комплектующих для газового
хроматографа.
5
Иные расходы для целей выполнения проекта
(приводится классификация иных затрат на цели выполнения проекта, в том числе - расходы на командировки, связанные с выполнением проекта
или представлением результатов проекта, оплату услуг связи, транспортных услуг, иное; расходы не расшифровываются)
1600000 руб. Это расходы на командировки, связанные с выполнением проекта, а также участие в профильных
международных конференциях для представления и обсуждения результатов работ по проекту.
Подпись руководителя проекта _____________________/М.Я. Маров/
Подпись руководителя организации (уполномоченного представителя, действующего на основании доверенности
(письменного уполномочия)), печать (при ее наличии) организации.
В случае подписания формы уполномоченным представителем организации (в т.ч. – руководителем филиала) к печатному экземпляру отчета прилагается
доверенность (копия письменного уполномочия или доверенности, заверенная печатью организации).
_____________________/_____________________/
М.П.
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 29 из 30
Изменения в составе участников
Бадюков Дмитрий Дмитриевич
Слюта Евгений Николаевич
Воропаев Сергей Александрович
Проект № 17-17-01279/2017 Страница 30 из 30