Cosmic ResearchCosmic ResearchКосмические исследования0023-42063034-5502The Russian Academy of Sciences67280610.31857/S0023420624050033IHZMDKArticlesСтатьиResearch ArticleОсобенности инфракрасных спектров оливинов, содержащих изотопологи водыОсобенности инфракрасных спектров оливинов, содержащих изотопологи водыВоропаевC. А.
Russian Federation
voropaev@geokhi.ruФедуловВ. С.
Russian Federation
voropaev@geokhi.ruДушенкоН. В.
Russian Federation
voropaev@geokhi.ruДжиангоЯ.
China

Лаборатория геодезии и удаленного зондирования

voropaev@geokhi.ruМаровМ. Я.
Russian Federation
voropaev@geokhi.ruИнститут геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАНУханьский Университет0612202462542844327022025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0023-4206/article/view/672806

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.

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.

РНФRSF21–17–00120Charlier 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.2018.05.006Lemelin 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.2018.10.003Hauri 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-063016-020239Hagemann 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.Hoefs J. Stable isotope geochemistry (2nd ed.) // Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, and New York, 1980. 208 p.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.2021.08.039044Schultz P.H., Thompson R.G., Chen M.N. The LCROSS cratering experiment // Science. 2010. V. 330. Art.ID. 6003. P 468–472.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/S0023420619020043Stuart B. Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications. John Wiley & Sons Ltd., 2004.Swanepoel R. Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon // J. Physics E. Scientific Instruments. 1983. V. 16. P. 1214–1221.Hapke B. Bidirectional reflectance spectroscopy: 1. Theory // J. Geophysical Research. 1981. V. 86. P. 3039–3054.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.Spitzer W.G., Kleinman D.A. Infrared lattice bands of quartz // Physical Review. 1961. V. 121. P. 1324–1335.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/S0320930X23050079Розенберг Г.В. Физические основы спектроскопии светорассеивающих веществ // Успехи физических наук. 1967. Т. 91. № 4. С. 569–608.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.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.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.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.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/10.1017/9781316888872.004Koeppen 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.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/c5cp06756aПортнягин 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.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.220.5.567.65075Blundy J., Wood B. Prediction of crystal–melt partition coefficients from elastic moduli // Nature. 1994. V. 372. P. 452–454.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/s00410-021-01778-5Goswami J.N., Annadurai M. Chandrayaan‐1 mission to the Moon // Acta Astronaut. 2008. V. 63. Iss. 10. P. 1215–1220.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.1178658Klima 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/ngeo1909Honniball 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-xMitrofanov 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/s11214-009-9608-4Денько Е. И. Влияние тяжелой воды (D2O) на клетки животных, растений и микроорганизмы // Успехи биологических наук. 1970. Т. 70. № 4. С. 41–53.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.