Образование глобальной Азиатской изотопной термальной аномалии (ASITA) в зарождающейся системе Земля–Луна: Мегаимпакт или фрагментация газопылевого облака?

Автор(ы)

С.В. Рассказов^1,2, И.С. Чувашова ^1,2

¹Институт земной коры СО РАН, Иркутск, Россия

²Иркутский государственный университет, г. Иркутск, Россия

Количество просмотров статьи:

Об авторах

Рассказов Сергей Васильевич,

доктор геолого-минералогических наук, профессор,

664025 Иркутск, ул. Ленина, д. 3,

Иркутский государственный университет, геологический факультет,

заведующий кафедрой динамической геологии,

664033 Иркутск, ул. Лермонтова, д. 128,

Институт земной коры СО РАН,

заведующий лабораторией изотопии и геохронологии,

тел.: (3952) 51–16–59,

email: rassk@crust.irk.ru.

Чувашова Ирина Сергеевна,

кандидат геолого-минералогических наук,

664025 Иркутск, ул. Ленина, д. 3,

Иркутский государственный университет, геологический факультет,

доцент кафедры динамической геологии,

664033 Иркутск, ул. Лермонтова, д. 128,

Институт земной коры СО РАН,

старший научный сотрудник,

тел.: (3952) 51–16–59,

email: chuvashova@crust.irk.ru.

Аннотация. Приводится обзор исследований Луны, свидетельствующих об изотопном кризисе гипотезы мегаимпакта Земли и о снятии возникающих противоречий конкурирующей моделью происхождения двойной системы Земля–Луна из газопылевого облака. Выявляется одновременное отвердевание магматического океана Луны с отвердеванием магматического океана в глобальной неоднородности ASITA Земли 4.54–4.44 млрд лет назад. На основе модели двойной системы Земля–Луна предполагается отвердевание магматического океана ASIТA, опережающее отвердевание остальной Земли. Делается вывод о разновременной консолидации коры Земли после отвердевания магматического океана: в ASITA – 4.31 млрд лет назад и в остальной части Земли – с запаздыванием до 3.82 млрд лет назад.

Ключевые слова: ранняя Земля, Луна, мегаимпакт, газопылевое облако, магматический океан, геохимия.

С. 7–41

Литература

Беличенко В.Г. и др. Геодинамическая карта Палеоазиатского океана. Восточный сегмент // Геология и геофизика. 1994. Т. 35. № 7–8. С. 29–40.

Беличенко В.Г. и др. Баргузинский микроконтинент (Байкальская горная область): к проблеме выделения // Геология и геофизика. 2006. Т. 47, № 10. С. 1049–1059.

Витязев А.В., Печерникова Г.В. Ранняя дифференциация Земли и проблема лунного состава // Физика Земли. 1996. № 6. С. 3–16.

Галимов Э.М. Происхождение Луны // Земля и Вселенная. 2005. № 6. Обзорная статья: http://ziv.telescopes.ru/rubric/astronomy/index.html?pub=9 Галимов Э.М. Анализ изотопных систем (Hf-W, Rb-Sr, J-Pu-Xe, U-Pb) применительно к проблеме формирования планет на примере системы Земля-Луна. Проблемы зарождения и эволюции биосферы (Под ред. Галимова Э.М.) М.: КРАСАНД, 2013. С. 47–59.

Галимов Э.М., Кривцов А.М., Забродин А.В., Легкоступов М.С., Энеев Т.М., Сидоров Ю.И. Динамическая модель образования системы Земля–Луна// Геохимия. (2005) № 11. С. 1139–1150.

Диденко А.Н. и др. Геодинамика палеозойских океанов Центральной Азии // Геология и геофизика. 1994. № 7–8. С. 59–75.

Ильин А.В. О Тувино-Монгольском массиве // Материалы по региональной геологии Африки и зарубежной Азии. М.: Недра, 1971. С. 67–73. (Тр. НИИ "Зарубежгеология"; вып. 22).

Левский Л.К., Столбов Н.М., Богомолов Е.С. и др. Sr–Nd–Pb изотопные системы базальтов архипелага Земля Франца-Иосифа // Геохимия. 2006. №4. С. 365–376.

Маров М.Я., Ипатов С.И. Формирование Земли и Луны: влияние малых тел // Геохимия. 2021. Т. 66, № 11. С. 964–971. DOI: 10.31857/S0016752521110078

Сергеев В.Н., Печерникова Г.В. Современные модели происхождения Луны // Динамические процессы в геосферах. 2020. № 12. С. 130–137. DOI: 10.26006/IDG.2020.67.47.014

Тверитинов Ю.И. и др. Прогнозирование золотого оруденения на юге Восточной Сибири и Дальнего Востока: геологический и изотопно-геохимический аспекты. Иркутск: Институт земной коры СО РАН, 2006. 224 с.

Чувашова И.С., Рассказов С.В., Ясныгина Т.А., Саранина Е.В. Радиоизотопные исследования позднекайнозойских вулканических пород Азии и Северной Америки: источники вулканизма глобального, регионального и локального значения // Геология и окружающая среда. 2022. Т. 2, № 3. С. 64–102. DOI 10.26516/2541-9641.2022.3.64

Albarède F. Volatile accretion history of the terrestrial planets and dynamic implications // Nature. 2009. Vol. 461. P. 1227– 1233.

Albarède F., Ballhaus C., Blichert-Toft J., Lee C-T., Marty B., Moynier F., Yin, Q-Z. Asteroidal impacts and the origin of terrestrial and lunar volatiles // Icarus. 2013. Vol. 222. P. 44–52. doi:10.1016/J.ICARUS.2012.10.026.

Allègre C.J., Manhes G., Göpel C. The Age of the Earth // Geochim. Cosmochim. Acta. 1995. Vol. 59. P. 1445–1456.

Allègre C.J., Manhes G., Göpel C. The major differentiation of the Earth at 4.45 Ga // Earth Planet. Sci. Lett. 2008. Vol. 267. P. 368–398.

Anders E., Grevesse N. Abundances of the elements: meteoritic and Solar // Geochim. Cosmochim. Acta. 1989. Vol. 53. P. 197–214.

Barboni M., Boehnke P., Keller B., Kohl I.E., Schoene B., Young E.D., McKeegan K.D. Early formation of the Moon 4.51 billion years ago // Science Advances. 2017. Vol. 3. P. e1602365.

Basu A.R.; Junwen W.; Wankang H.; Guanghong X.; Tatsumoto M. Major element, REE, and Pb, Nd and Sr isotopic geochemistry of Cenozoic volcanic rocks of eastern China: implications for their origin from suboceanic-type mantle reservoirs // Earth Planet. Sci. Letters. 1991. Vol. 105. P. 149–169.

Borg L.E. et al. Mechanisms for incompatible-element enrichment on the Moon deduced from the lunar basaltic meteorite Northwest Africa 032 // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2009. Vol. 73. P. 3963–3980.

Cameron A.G.W., Ward W. The origin of the Moon // Proc. 7th Lunar Sci. Conf., 1976. P. 120–122

Carlson R.W., Lugmair G.W. The age of ferroan anorthosite 60025: oldest crust on a young Moon? // Earth Planet. Sci. Lett. 1988. Vol. 90. P. 119–130. doi:10.1016/0012-821X(88)90095-7

Castillo P. The Dupal anomaly as a trace of the upwelling lower mantle // Nature. 1988. Vol. 336. P. 667–670.

Che X., Nemchin A., Liu D., Long T., Wang C., Norman M.D., Joy K.H., Tartese R., Head J., Jolliff B., Snape J.F., Nea C.R., Whitehouse M.J., Crow C., Benedix G., Jourdan F., Yang Z., Yang C., Liu J., Xie S., Bao Z., Fan R., Li D., Li Z., Webb S.G. Age and composition of young basalts on the Moon, measured from samples returned by Chang’e-5 // Science. 2021. 10.1126/science.abl7957.

Connelly J.N., Bizzarro M. Lead isotope evidence for a young formation age of the Earth–Moon system // Earth and Planetary Science Letters. 2016. Vol. 452. P. 36–43. http://dx.doi.org/10.1016/j.epsl.2016.07.010

Connelly J.N., Bizzarro M., Krot A.N., Nordlund Å., Wielandt D., Ivanova M.A. The Absolute chronology and thermal processing of solids in the Solar protoplanetary disk // Science. 2012. Vol. 338. P. 651–655.

Davies G.F. Dynamic Earth: Plates, Plumes and Mantle Convection / G. F. Davies. Cambridge: Cambridge University Press, 1999. 458 p.

Doe B.R. Lead isotopes; Springer-Verlag, Berlin, 1970. 137 p.

Galimov E.M Formation of the Moon and the Earth from a Common Supraplanetary Gas–Dust Cloud (Lecture Presented at the XIX All-Russia Symposium on Isotope Geochemistry on November 16, 2010) // Geochemistry International, 2011. Vol. 49, No. 6. P. 537–554. DOI: 10.1134/S0016702911060048

Galimov E.M., Krivtsov A.M. Origin of the Earth-Moon system // J. Earth Syst. Sci. 2005. Vol. 114, No. 6. P. 593–600.

Gorkavyi N. Origin of the Moon and lunar water // Earth and Planetary Science. 2023. Vol. 02, Issue 02. P. 86–99. DOI: https://doi.org/10.36956/eps.v2i2.940.

Elardo S.M. et al. The origin of young mare basalts inferred from lunar meteorites Northwest Africa 4734, 032, and LaPaz Icefield 02205 // Meteoritics & Planetary Science. 2014. Vol. 49. P. 261–291.

Fernandes V.A., Burgess R., Turner G. ⁴⁰Ar–³⁹Ar chronology of lunar meteorites Northwest Africa 032 and 773 // Meteo. Planet. Sci. 2003. Vol. 38. P. 555–564.

Fischer R.A., Zube N.G., Nimmo F. The origin of the Moon’s Earth-like tungsten isotopic composition from dynamical and geochemical modeling // Nature Communications. 2021. Vol. 12. P. 35. https://doi.org/10.1038/s41467-020-20266-1

Jackson M.G.; Becker T.W.; Konter J.G. Evidence for a deep mantle source for EM and HIMU domains from integrated geochemical and geophysical constraints // Earth Planet. Sci. Lett. 2018. Vol. 484. P. 154 –167.

Jacobsen S.B., Ranen M.C., Petaev M.I., Remo J.L., O’Connel J.O., Sasselov D.D. Isotopes as clues to the origin and earliest differentiation history of the Earth // Philos. Trans. Royal Soc. 2008. Vol. A 366. P. 4129–4162.

Jones H.J., Palme H. Geochemical constraints on the origin of the Earth and Moon // Origin of the Earth and Moon (eds) Canup R M and Righter K Univ. Arizona Press: Tucson, 2000. P. 197–216.

Halliday A.N. Hf-W chronometry and inner solar system accretion rates // Space Sci. Rev. 2000. Vol. 92. P. 355–370.

Halliday A.N. Mixing, volatile loss and compositional chance during impact-driven accretion of the Earth // Nature. 2004. Vol. 427. P. 505–509.

Halliday A.N. A young Moon-forming giant impact at 70–110 million years accompanied by late-stage mixing, core formation and degassing of the Earth // Phil. Trans. R. Soc. A. 2008. Vol. 366. P. 4163–4181. doi:10.1098/rsta.2008.0209

Halliday A.N., Canup R.M. The accretion of planet Earth // Nature Reviews Earth & Environment. 2023. Vol. 4. P. 19–35. https://doi.org/10.1038/s43017-022-00370-0

Halliday A.N., Wood B.J. The composition and major reservoirs of the Earth around the time of the Moon-forming giant impact // Treatise on Geophysics: Evolution of the Earth. 2007. Vol. 9. Ed. D. Stevenson. P. 13–50. Chapter 9.02.

Hanan B.B., Tilton G.R. 60025: relict of primitive lunar crust? // Earth Planet. Sci. Lett. 1987. Vol. 84. P. 15–21. doi:10.1016/0012-821X(87)90171-3

Hart S.R.; Gaetani G.A. Mantle paradoxes: the sulfide solution // Contrib. Mineral. Petrol. 2006. Vol. 152. P. 295–308.

Hartmann W.K., Davis D.R. Satellite-sized planets and lunar origin // Icarus. 1975. Vol. 24. P. 504–515.

Hiesinger H., Head III.J.W., Wolf U., Jaumann R., Neukum G. Ages and stratigraphy of lunar mare basalts in Mare Frigoris and other nearside maria based on crater size-frequency distribution measurements // J. Geophys. Res. Planets. 2010. Vol. 115. P. E03003.

Homrighausen S.; Hoernle K.; Hauff F.; Geldmacher J.; Wartho J.-A.; Van Den Bogaard P.; Garbe-Schönberg D. Global distribution of the HIMU end member: Formation through Archean plume-lid tectonics // Earth-Science Reviews. 2018. Vol. 182. P. 85–101.

Hopkins M.D., Mojzsis S.J. A protracted timeline for lunar bombardment from mineral chemistry, Ti thermometry and U–Pb geochronology of Apollo 14 melt breccia zircons // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2015. Vol. 169. P. 1–18.

Hunten D.M., Pepin R.O., Walker J.C.G. Mass fractionation in hydrodynamic escape // Icarus. 1987. Vol. 69. P. 532–549.

Humayun M., Clayton R.N. Potassium isotope cosmochemistry: genetic implications of volatile element depletion // Geochim. Cosmochim Acta. 1995. V. 59. P. 2131–2148.

Kemp A.I.S., Wilde S.A., Hawkesworth C.J., Coath C.D., Nemchin A., Pidgeon R.T., Vervoort J.D., DuFrane S.A. Hadean crustal evolution revisited: new constraints from Pb–Hf isotope systematics of the Jack Hills zircons // Earth Planet. Sci. Lett. 2010. Vol. 296. P. 45–56.

Kleine T., Walker R.J. Tungsten isotopes in planets // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2017. Vol. 45. P. 389–417. DOI: 10.1146/annurev-earth-063016-020037

Kleine T., Munker C., Mezger K., Palme H. Rapid accretion and early core formation on asteroids and the terrestrial planets from Hf-W chronometry // Nature. 2002. Vol. 418. P. 952–955.

Kleine T., Mezger K., Palme H., Münker C. The W isotope evolution of the bulk silicate Earth: constraints on the timing and mechanisms of core formation and accretion // Earth Planet. Sci. Lett. 2004. V. 228. P. 109–123.

Lammer H.,·Brasser R., Johansen A.,·Scherf M., Leitzinger M. Formation of Venus, Earth and Mars: Constrained by isotopes // Space Sci. Rev. 2021. Vol. 217. P. 7. https://doi.org/10.1007/s11214-020-00778-4. Le Pichon X., Şengör A.M.C., İmren C. Pangea and the lower mantle // Tectonics. Vol. 38. doi: 10.1029/2018TC005445

Li Q-L., Zhou Q., Liu Y., Xiao Z., Lin Y., Li J-H., Ma H-X., Tang G-Q., Guo S., Tang X., Yuan J-Y., Li J., Wu F-Y., Ouyang Z., Li C., Li X-H. Two billion-year-old volcanism on the Moon from Chang’E-5 basalts // Nature. 2021. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04100-2

Lustrino M.; Wilson M. The circum-Mediterranean anorogenic Cenozoic igneous province // Earth-Science Reviews. 2007. V. 81. P. 1–65.

Maruyama S.; Santosh M.; Zhao D. Superplume, supercontinent, and postperovskite: Mantle dynamics and anti-plate tectonics on the core–mantle boundary // Gondwana Research 2007. Vol. 11. P. 7–37.

Melosh H.J. New approaches to the Moon’s isotopic crisis // Phil. Trans. R. Soc. 2014. Vol. A 372. P. 20130168.

Merle R.E. et al. Pb-Pb ages and initial Pb isotopic composition of lunar meteorites: NWA 773 clan, NWA 4734, and Dhofar 287 // Meteo. Planet. Sci. 2020. V. 55. P. 1808–1832.

Morota T. et al. Timing and characteristics of the latest mare eruption on the Moon // Earth Planet. Sci. Lett. 2011. Vol. 302. P. 255–266.

Neal C., Taylor L. Modeling of lunar basalt petrogenesis – Sr isotope evidence from Apollo 14 high-alumina basalts // Lunar and Planetary Science Conference Proceedings. 1990. Vol. 20. P. 101–108.

Nielsen S.G., Bekaert D.V., Auro M. Isotopic evidence for the formation of the Moon in a canonical giant impact // Nature Communications. 2021. Vol. 12. P. 1817. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22155-7 |

Nimmo F., Kretke K., Ida S., Matsumura S., Kleine T. Transforming dust to planets // Space Sci. Rev. 2018. Vol. 214. P. 101. https://doi.org/10.1007/s11214-018-0533-2

Norman M.D., Borg L.E., Nyquist L.E., Bogard D.D. Chronology, geochemistry, and petrology of a ferroan noritic anorthosite clast from Descartes breccia 67215: clues to the age, origin, structure, and impact history of the lunar crust // Meteorit. Planet. Sci. 2003. Vol. 38. P. 645–661. Nyquist L. Lunar Rb–Sr chronology // Physics and Chemistry of the Earth. 1977. Vol. 10. P. 103–142.

Nyquist L.E., Shih C.Y. The isotopic record of lunar volcanism // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1992. Vol. 56. P. 2213–2234. Nyquist L. et al. Rb–Sr systematics for chemically defined Apollo 15 and 16 materials // Lunar and Planetary Science Conference Proceedings. 1973. Vol. 4. P. 1823.

Nyquist L.E. et al. ¹⁴⁶Sm–¹⁴²Nd formation interval for the lunar mantle // Geochimica et Cosmochimica Acta. 1995. Vol. 59. P. 2817–2837.

Podosek F.A., Ozima M. The Xenon age of the Earth // Origin of the Earth and Moon / Eds R.M. Canap and K. Righter, Univ. Arizona, 2000. P. 63–74.

Rasskazov, S.V.; Brandt, S.B.; Brandt, I.S. Radiogenic isotopes in geologic processes; Springer, 2010. 306 p.

Rasskazov S., Chuvashova I., Yasnygina T., Saranina E. Mantle evolution of Asia inferred from Pb isotopic signatures of sources for Late Phanerozoic volcanic rocks // Minerals. 2020. Vol. 10, No. 9. P. 739. doi:10.3390/min10090739

Ritsema J. Global seismic maps // Plates, plumes, and paradigms / Eds. G.R. Foulger et al., Geological Society of America, Boulder. 2005. P. 11–18.

Rudge J.F., Kleine T., Bourdon B. Broad bounds on Earth’s accretion and core formation constrained by geochemical models // Nat. Geosci. 2010. Vol. 3. P. 439–443.

Snape J.F. et al. Lunar basalt chronology, mantle differentiation and implications for determining the age of the Moon // Earth Planet. Sci. Lett. 2016. Vol. 451. P. 149–158.

Snape J.F. et al. The timing of basaltic volcanism at the Apollo landing sites // Geochim.Cosmochim. Acta. 2019. Vol. 266. P. 29–53.

Stöffler D., Ryder G., Ivanov A.V., Artemieva N.A., Cintala M.J., Grieve R.A. Creating history and lunar chronology // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. 2006. Vol. 60. P. 519–596.

Tian H-C., Wang H., Chen Y., Yang W., Zhou Q., Zhang C., Lin H-L., Huang C., Wu S-T., Jia L-H., Xu L., Zhang D., Li X-G., Chang R., Yang Y-H., Xie L-W., Zhang D-P., Zhang G-L., Yang S-H., Wu F-Y. Non-KREEP origin for Chang’E-5 basalts in the Procellarum KREEP Terrane // Nature. 2021. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04119-5

Valley J.W. et al. A cool early Earth // Geology. 2002. Vol. 30. P. 351–354.

Wood B.J., Halliday A.N. Cooling of the Earth and core formation after the giant impact // Nature. 2005. Vol. 437. P. 1345–1348. Yin Q., Jacobsen S.B. Does U–Pb date Earth’s core formation? // Nature. 2006. Vol. 444. P. E1.

Yu G., Jacobsen S.B. Fast accretion of the Earth with a late Moon-forming giant impact // Proc. Natl. Acad. Sci. 2011. Vol. 108. P. 17604.

Yuan Q., Li M., Desch S.J., Ko B., Deng H., Garnero E.J., Gabriel T.S.J., Kegerreis J.A., Miyazaki Y., Eke V., Asimow P.D. Moon-forming impactor as a source of Earth’s basal mantle anomalies // Nature. 2023. Vol. 623. P. 95–99. https://doi.org/10.1038/s41586-023-06589-1

Zahnle K., Arndt N., Cockell C., Halliday A.N., Nesbit E., Selsis F., Sleep N.H. Emergence of a habitable planet // Space Sci. Rev. 2007. Vol. 129. P. 35–78. doi:10.1007/s11214-007-9225-z

Zhou Y., Liu Y., Reinhardt C., Deng H. The core-merging giant impact in Earth’s accretion history and its implications // Acta Geochim. 2022. Vol. 41, No. 4. P. 553–567 https://doi.org/10.1007/s11631-021-00503-0

Zindler A.; Hart S.R. Chemical geodynamics // Annual Reviews of Earth and Planetary Science. 1986. Vol. 14. P. 493–571.

Ссылка для цитирования

Рассказов С.В., Чувашова И.С. Образование глобальной Азиатской изотопной термальной аномалии (ASITA) в зарождающейся системе Земля–Луна: Мегаимпакт или фрагментация газопылевого облака? DOI 10.26516/2541-9641.2024.1.7 // Геология и окружающая среда : электрон. науч. журн.— 2024. Т. 4, № 1. С. 7–41.

Полный текст статьи (Русский)