Особенности инфракрасных спектров оливинов, содержащих изотопологи воды

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Изучены особенности инфракрасных (ИК) спектров различных изотопных форм воды (-OH, -OD, H2O, HDO и D2O), входящих в кристаллическую структуру основных породообразующих минералов лунных морских базальтов — оливинов (форстерита). Представлены результаты численного моделирования (модуль CUSTEP, ПО Biovia Materials Studio) и экспериментальных исследований с помощью ИК-Фурье-спектрометра ФТ-801 с приставкой по методу нарушенного полного внутреннего отражения (НПО Симекс, Новосибирск). Численными расчетами показано, что форстерит может содержать гидроксильные группы -OH(D) в своей кристаллической решетке при определенных условиях. Экспериментально проверена возможность удержания различных изотопных форм молекулярной воды на поверхности форстерита и получены соответствующие ИК-спектры минерала с водяной пленкой. Проведено сравнение полученных теоретически и экспериментально ИК-спектров форстерита, содержащего изотопологи воды, с результатами наблюдений АМС Чандраян-1 и SOFIA.

Full Text

Restricted Access

About the authors

C. А. Воропаев

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Author for correspondence.
Email: voropaev@geokhi.ru
Russian Federation, Москва

В. С. Федулов

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: voropaev@geokhi.ru
Russian Federation, Москва

Н. В. Душенко

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: voropaev@geokhi.ru
Russian Federation, Москва

Я. Джианго

Уханьский Университет

Email: voropaev@geokhi.ru

Лаборатория геодезии и удаленного зондирования

China, Ухань

М. Я. Маров

Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН

Email: voropaev@geokhi.ru
Russian Federation, Москва

References

  1. Charlier B., Grove T.L., Namur O. et al. Crystallization of the lunar magma ocean and the primordial mantle-crust differentiation of the Moon // Geochimica et Cosmochimica Acta. 2018. V. 234. P. 50–69. https://doi.org/10.1016/j.gca.2018.05.006
  2. Lemelin M., Lucey P.G., Miljković K. et al. The compositions of the lunar crust and upper mantle: spectral analysis of the inner rings of lunar impact basins // Planetary and Space Science. 2019. V. 165. P. 230–243. https://doi.org/10.1016/j.pss.2018.10.003
  3. Hauri E.H., Saal A.E., Nakajima M. et al. Origin and evolution of water in the Moon’s interior // Annual Review of Earth and Planetary Sciences. 2017. V. 45. P. 89–111. doi: 10.1146/annurev-earth-063016-020239
  4. Hagemann R., Niff G., Roth E. Absolute isotopic scale for deuterium analysis of natural waters. Absolute D/H ratio for SMOW // Tellus. 1970. V. 22. Iss. 6. P. 712–715.
  5. Hoefs J. Stable isotope geochemistry (2nd ed.) // Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, and New York, 1980. 208 p.
  6. Маров М.Я., Ипатов С.И. Процессы миграции в Солнечной системе и их роль в эволюции Земли и планет // Успехи физических наук. 2023. Т. 193. № 1. С. 2–32. doi: 10.3367/UFNr.2021.08.039044
  7. Schultz P.H., Thompson R.G., Chen M.N. The LCROSS cratering experiment // Science. 2010. V. 330. Art.ID. 6003. P 468–472.
  8. Дубинский А.Ю., Попель С.И. К вопросу об образовании воды в лунном реголите // Космические исследования. 2019. Т. 57. № 2. С. 93–98. doi: 10.1134/S0023420619020043
  9. Stuart B. Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons Ltd., 2004.
  10. Swanepoel R. Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon // J. Physics E. Scientific Instruments. 1983. V. 16. P. 1214–1221.
  11. Hapke B. Bidirectional reflectance spectroscopy: 1. Theory // J. Geophysical Research. 1981. V. 86. P. 3039–3054.
  12. Shkuratov Y.G., Starukhina L.V., Hoffmann H. et al. A model of spectral albedo of particulate surfaces: Implications for optical properties of the Moon // Icarus. 1999. V. 137. P. 235–246.
  13. Spitzer W.G., Kleinman D.A. Infrared lattice bands of quartz // Physical Review. 1961. V. 121. P. 1324–1335.
  14. Воропаев С.А., Душенко Н.В., Федулов В.С. и др. Особенности дегазации углистого хондрита Allende (CV3) при температурах 200–800° C // Астрономический Вестник. 2023. Т. 57. № 6. С. 583–594. https://doi.org/10.31857/S0320930X23050079
  15. Розенберг Г.В. Физические основы спектроскопии светорассеивающих веществ // Успехи физических наук. 1967. Т. 91. № 4. С. 569–608.
  16. Adams J.B. Visible and near-infrared diffuse reflectance spectra of pyroxenes as applied to remote sensing of solid objects in the Solar System // J. Geophys. Res. 1974. V. 79. P. 4829–4836.
  17. Charette M.P., McCord T.B., Pieters C.M. et al. Application of remote spectral reflectance measurements to lunar geology, classification and determination of titanium content of lunar soils // J. Geophys. Res. 1974. V. 79. P. 1605–1613.
  18. Salisbury J.W., Walter L.S. Thermal infrared (2.5–13.5 μm) spectroscopic remote sensing of igneous rock types on particulate planetary surfaces // J. Geophysical Research. 1989. V. 94. P. 9192–9202.
  19. de Vries B.L., Acke B., Blommaert J. et al. Comet like mineralogy of olivine crystals in an extrasolar proto-Kuiper belt // Nature. 2012. V. 490. P. 74–76. http://dx.doi.org/10.1038/nature11469.
  20. Mustard J.F., Glotch T.D. Theory of reflectance and emittance spectroscopy of geologic materials in the visible and infrared regions // Remote Compositional Analysis. Cambridge: Cambridge University Press, 2019. P. 21–41. http://dx.doi.org/10.1017/9781316888872.004
  21. Koeppen W.C., Hamilton V.E. Global distribution, composition, and abundance of olivine on the surface of Mars from thermal infrared data // J. Geophysical Research: Planets, 2008. V. 113(E5). P. 1244–1256.
  22. Wong A., Shi L., Auchetti R. et al. Heavy snow: IR spectroscopy of isotope mixed crystalline water ice // Phys. Chem. Chem. Phys. 2016. V. 18. P. 4878–4993. doi: 10.1039/c5cp06756a
  23. Портнягин М.В., Плечов П.Ю., Матвеев С.В. и др. Петрология «авачитов» - высокомагнезиальных базальтов Авачинского вулкана (Камчатка). I. Общая характеристика, состав пород и минералов // Петрология. 2005. Т. 13. № 2. С. 115–138.
  24. Clark S.J., Segall M.D., Piekard C.J. First principles methods using CASTEP // Zeitschrift für Kristallographie. 2005. V. 220. P. 567–570. http://dx.doi.org/10.1524/zkri.220.5.567.65075
  25. Blundy J., Wood B. Prediction of crystal–melt partition coefficients from elastic moduli // Nature. 1994. V. 372. P. 452–454.
  26. Demouchy S., Alard O. Hydrogen, trace, and ultra-trace element distribution in natural olivines // Contributions to Mineralogy and Petrology. 2021. V. 76. P. 26–37. doi: 10.1007/s00410-021-01778-5
  27. Goswami J.N., Annadurai M. Chandrayaan‐1 mission to the Moon // Acta Astronaut. 2008. V. 63. Iss. 10. P. 1215–1220.
  28. Pieters C.M., Goswamiet J., Clark R.N. et al. Character and spatial distribution of OH/H2O on the surface of the Moon seen by M3 on Chandrayaan‐1 // Science. 2009. V. 326. P. 568–572. doi: 10.1126/science.1178658
  29. Klima R., Cahill J., Hagerty J. et al. Remote detection of magmatic water in Bullialdus Crater on the Moon // Nature Geoscience. 2013. V. 6. P. 737–741. doi: 10.1038/ngeo1909
  30. Honniball C.I., Lucey C.G., Li S. et al. Molecular water detected on the sunlit Moon by SOFIA // Nature Astronomy. 2021. V. 5. P. 121–127. doi: 10.1038/s41550-020-01222-x
  31. Mitrofanov I. G., Bartelset A., Bobrovnitskyal Y.I. et al. Lunar exploration neutron detector for the NASA lunar reconnaissance orbiter // Space Sci. Rev. 2010. V. 150. P. 183–207. doi: 10.1007/s11214-009-9608-4
  32. Денько Е. И. Влияние тяжелой воды (D2O) на клетки животных, растений и микроорганизмы // Успехи биологических наук. 1970. Т. 70. № 4. С. 41–53.
  33. Sinyak Y., Grigoriev A., Gaydadimov V. et al. Deuterium-free water (1H2O) in complex life-support systems of long-tern space missions // Acta Astronautica. 2003. V. 52. Art. ID. 575.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences