Studies of Isotopic Fractionation of D/H Water Ice in Lunar Regolith

V. S. Sevastyanov; Севастьянов В. С.; А. P. Krivenkо; Кривенко А. П.; S. А. Voropaev; Воропаев С. А.; M. Ya. Marov; Маров М. Я.

doi:10.31857/S0320930X23060063

Исследования изотопного фракционирования D/H водного льда лунного реголита

Авторы: Севастьянов В.С.¹, Кривенко А.П.², Воропаев С.А.², Маров М.Я.¹
Учреждения:
1. Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского РАН
2. Институт геохимии и аналитической химии им. В.И. Вернадского Российской академии наук
Выпуск: Том 57, № 6 (2023)
Страницы: 491-502
Раздел: Статьи
URL: https://bakhtiniada.ru/0320-930X/article/view/148070
DOI: https://doi.org/10.31857/S0320930X23060063
EDN: https://elibrary.ru/CVUIKG
ID: 148070

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

С целью изучения процессов, связанных с происхождением и удержанием воды на поверхности Луны, в ГЕОХИ РАН создана экспериментальная установка для анализа процессов (ре)сублимации водного льда в вакууме при низких температурах. Диапазон изменения температуры (ре)сублимации от –100 до 0°С. Установка соединена с масс-спектрометром изотопных отношений (IRMS), который позволяет измерять изотопный состав паров испаряющегося вещества и давать оценку скорости (ре)сублимации при заданных физико-химических условиях. Наличие прямого ввода газов в масс-спектрометр в режиме реального времени выгодно отличает разработанную установку от зарубежных аналогов. Установка снабжена прозрачным иллюминатором из кварца, через который с помощью галогенной лампы можно нагревать поверхность исследуемого вещества, имитируя движение солнечных лучей по поверхности зерен минеральной композиции в условиях, близких к условиям на поверхности Луны. Кроме изучения (де)сорбции газов на поверхности минеральных зерен различного состава, установка может быть использована также и для исследования (ре)сублимации газогидратов и СО₂.

Ключевые слова

изотопия, фракционирование, вода, лед, сублимация

Список литературы

Барсуков В.Л., Дмитриев Л.В., Гаранин А.В. Основные черты геохимии лунных пород // Грунт из материкового района Луны. М.: Наука, 1979. 708 с.
Виноградов А.П., Лаврухина А.К., Горин В.Д., Устинова Г.К. Космогенные 26Al и 22Na в лунном реголите, доставленном “Луной-16” // Докл. АН СССР. 1972. Т. 202. № 2. С. 437–440.
Виноградов А.П. Кратко о Луне // Вестник МГУ. 1973. Вып. 4. С. 3–11.
Галимов Э.М. Геохимия стабильных изотопов углерода. М.: Наука, 1968. 324 с.
Маров М.Я., Ипатов С.И. Формирование Земли и Луны: влияние малых тел // Геохимия. 2021. Т. 66. № 11. С. 964–971.
Маров М.Я., Воропаев С.А., Ипатов С.И., Бадюков Д.Д., Слюта Е.Н., Стенников А.В., Федулов В.С., Душенко Н.В., Сорокин Е.М., Кронрод Е.В. Формирование Луны и ранняя эволюция Земли. М.: Изд. URSS, 2019. 314 с.
Маров М.Я., Колесниченко А.В., Скоров Ю.В. Численное моделирование газопылевого потока в приповерхностном слое кометной атмосферы // Астрон. вестн. 1995. Т. 29. № 3. С. 243–252. (Sol. Syst. Res. V. 29. № 3. P. 167–172.)
Alexander C.M.O.D., McKeegan K.D., Altwegg K. Water reservoirs in small planetary bodies: meteorites, asteroids, and comets // Space Sci. Rev. 2018. V. 214. id. 36.
Berezhnoy A.A., Kozlova E.A., Sinitsyn M.P., Shangaraev A.A., Shevchenko V.V. Origin and stability of lunar polar volatiles // Adv. Space Res. 2012. V. 50. № 12. P. 1638–1646.
Brown Robert H., Lauretta Dante S., Schmidt Britney, Moores John. Experimental and theoretical simulations of ice sublimation with implications for the chemical, isotopic, and physical evolution of icy objects // Planet. and Space Sci. 2012. V. 60. № 1. P. 166–180.
Bryson Kathryn L., Chevrier Vincent, Sears Derek W.G., Ulrich Richard. Stability of ice on Mars and the water vapor diurnal cycle: Experimental study of the sublimation of ice through a fine-grained basaltic regolith // Icarus. 2008. V. 196. P. 446–458.
Carr M. D/H on Mars: Effects of flood, volcanism, impacts and polar proceses // Icarus. 1990. V. 87. P. 210–227.
Colaprete A., Schultz P., Heldmann J., Shirley M, Wooden D. Detection of water in the LCROSS ejecta plume // Science. 2010. V. 330. P. 463–468.
Colaprete A., Elphic R.C., Heldmann J., Ennico K. An overview of the Lunar Crater Observation and Sensing Satellite (LCROSS) // Space Sci. Rev. 2012. V. 167. № 1–4. P. 3–22.
Crotts A. Water on the Moon. II. Origins & resources // Astron. Rev. 2012. V. 7. № 1. P. 36–47.
Dartois E., Thi W.F., Geballe T.R., Deboffle D., d’Hendecourt L., van Dishoeck E. Revisiting the solid HDO/H2O abundances // Astron. and Astrophys. 2003. V. 399. P. 1009–1020.
Davidsson Björn J.R., Hosseini Sona. Implications of surface roughness in models of water desorption on the Moon // Mon. Notic. Roy. Astron. Soc. 2021. V. 506. № 3. P. 3421–3429.
De Wit J.C., Van der Straaten C.M., Mook W.G. Determination of the absolute isotopic ratio of V-SMOW and SLAP // Geostand. Geoanal. Res. 1980. V. 4. P. 33–36.
Dhingra D. The new Moon: Major advances in lunar science enabled by compositional remote sensing from recent missions // Geosciences. 2018. V. 8. № 12. P. 498.
Feldman W.C., Maurice S., Binder A.B., Barraclough L. Fluxes of fast and epithermal neutrons from Lunar Prospector: Evidence for water ice at the lunar poles // Science. 1998. V. 281. P. 1496–1500.
Jouzel J., Merlivat L. Deuterium and oxygen 18 in precipitation' modeling of the isotopic effects during snow formation // J. Geophys. Res.: Atmospheres. 1984. V. 89. № D7. P. 11749–11757.
Geiss J., Gloeckler G. Abundances of deuterium and helium-3 in the proto-solar cloud // Space Sci. Rev. 1998. V. 84. P. 239–250.
Huebner W.F. The KOSI experiments // Geophys. Res. Lett. 1991. V. 18. № 2. P. 243–244.
Eberhardt P., Reber M., Krankowsky D., Hodges R.R. The D/H and O18/O16 ratios in water from comet P/Halley // Astron. and Astrophys. 1995. V. 302. P. 301–316.
Lamb K., Pieters C., Feldmann D. Laboratory measurements of HDO/H2O isotopic fractionation during ice deposition in simulated cirrus clouds // Proc. Nat. Acad. Sci. 2017. V. 114. P. 5612–5617.
Lécuyer Christophe, Royer Aurélien, Fourel François, Seris Magali, Simon Laurent, Robert François. D/H fractionation during the sublimation of water ice // Icarus. 2017. V. 285. P. 1–7.
Merlivat L., Nief G. Fractionnement isotopique lors des changements d’etat solide-vapeur et liquide-vapeur de l’eau Á des temperatures inferieures Á °C // Tellus. 1967. V. 19. P. 122–127.
Merlivat L. Molecular diffusivities of H216O, HD16O, and H218O in gases // J. Chem. Phys. 1978. V. 69. № 7. P. 2884–2871.
Mitrofanov I.G., Sanin A.B., Boynton W.V., Chin G., Garvin J., Golovin D.D., Evans L.G., Harshman K., Kozyrev A.S., Litvak M., and 23 co-authors. Hydrogen mapping of the lunar south pole using the LRO Neutron Detector Experiment LEND // Science. 2010. V. 330. № 6003. P. 483–486.
Moores John E., Brown Robert H., Lauretta Dante S., Smith Peter H. Experimental and theoretical simulation of sublimating dusty water ice with implications for D/H ratios of water ice on comets and Mars // Planet. Sci. 2012. V. 1. № 2. P. 1–30.
Mortimer James, Lecuyer Christophe, Fourel François, Carpenter James. D/H fractionation during sublimation of water ice at low temperatures into a vacuum // Planet. and Space Sci. 2018. V. 158. P. 25–33.
Pieters C.M., Kremer C.H., Mustard J.F., Crawford J.H. 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.
Sanin A.B., Mitrofanov I.G., Litvak M.L., Petrukobich A.L. Hydrogen distribution in the lunar polar regions // Icarus. 2017. V. 283. P. 20–30.
Sears D.W.G., Kochan H.W., Huebner W.F. Laboratory simulation of the physical processes occurring on and near the surfaces of comet nuclei // Meteoritics and Planet. Sci. 1999. V. 34. № 4. P. 497–525.
Skorov Yu.V., Marov M.Ya. Models of gas flow in porous cometary gas nucleus // Proc. IAU Colloq. № 168. P. 21–29 1998. Nanjing, China.
Van Hook W.A. Vapor pressures of the isotopic waters and ices // J. Phys. Chem. 1967. V. 72. P. 1234–1244.