Горные породы лунной коры можно подразделить на материковые и морские. Первые слагают светлые, хорошо различимые визуально, материковые районы нашего спутника. Вторые заполняют темные впадины лунных морей, которые не содержат, как известно, ни капли воды. Эти впадины - гигантские ударные кратеры, образованные около 4 млрд. лет назад в материковой коре при столкновении Луны с крупными космическими телами.

Ниже, с краткими комментариями приводятся фотографии шлифов типичных лунных пород из коллекции РАН в проходящем или отраженном свете оптического микроскопа. Шлиф это тонкая пластинка горной породы толщиной около 40 микрон, прозрачная для проходящего света. В простом плоскополяризованном проходящем свете (без анализатора) большая часть силикатных минералов бесцветна или слабо окрашена. Рудные минералы непрозрачны. При включенном анализаторе (николи скрещены) зерна силикатных минералов приобретают разнообразные окраски, которые называются интерференционными и не являются собственными окрасками минеральных фаз. В отраженном свете наблюдается только поверхность шлифа. Силикатные минералы различаются по степени отражения. Чем выше показатель преломления силикатного минерала, тем ярче он выглядит. Непрозрачные, рудные минералы в отраженном свете всегда обладают более высокой отражательной способностью и слабо окрашены.

Основные минеральные фазы лунных пород плагиоклаз, пироксен, оливин, ильменит и минералы группы шпинели. Плагиоклазы - твердый раствор альбита (NaAlSi3O8) и анортита (СаAl2Si2O8). Лунные плагиоклазы близки по составу к анортиту. Пироксены в первом приближении можно подразделить на ортопиросены, имеющие состав (Mg,Fe)SiO3, и клинопироксены - (Ca,Mg,Fe)SiO3, содержащие обычно некоторые повышенные концентрации Ti, Al и Cr. В лунных породах присутствуют как орто- так и клинопироксены. Оливины имеют более простой состав - (Mg,Fe)2SiO4 и в породах лунной коры наблюдаются как магнезиальные так и железистые разности этой фазы. Ильменит - рудный минерал (FeTiO3) впервые был обнаружен в Ильменских горах на Урале и от этих гор и получил свое название. Минералы группы шпинели - в лунных породах в основном представлены серией твердых растворов хромита (FeCr2O4) и ульвошпинели (Fe2TiO4) с некоторой примесью герцинита (FeAl2O4). Установлена также и сама шпинель (MgAl2O4), содержащая примеси Fe и Cr. Составы некоторых редких лунных минералов будут даны в тексте.

Места посадок экспедиций 'Аполлон' и автоматических станций 'Луна' доставивших на Землю лунный образцы:

'Аполлон-11' - Море Спокойствия

'Аполлон-12' - Океан Бурь

'Аполлон-14' - Юго-восточная часть Океана Бурь, район кратера Фра Мауро.

'Аполлон-15' - Окраина Моря Дождей, район гор Апеннины.

'Аполлон-16' - Материковый район к востоку от кратера Птолемей.

'Аполлон-17' - Горы Таурус на границе Моря Ясности и Моря Спокойствия

'Луна-16' - Море Изобилия

'Луна-20' - Материк к северу от Моря Изобилия, район кратера Амегино.

'Луна-24' - Море Кризисов

По минеральному составу лунные материковые породы относятся к породам анортозит-норит-троктолит-габбровой серии. Анортозит состоит почти полностью из плагиоклаза. Норит, троктолит и габбро содержат примерно в равных количествах плагиоклаз и ортопироксен (норит), плагиоклаз и клинопироксен (габбро), плагиоклаз и оливин (троктолит). Породы промежуточного состава называются анортозитовые нориты, норитовые анортозиты, габбро-анортозиты и т.д. По структуре материковые породы разделяются на магматические (изверженные) и импактиты. Импактиты представлены брекчиями, ударными расплавами и гранулитами. Они являются продуктами преобразования (дробления, смешения, плавления, перекристаллизации) первичных изверженных пород в ходе интенсивной метеоритной бомбардировки Луны около 4 млрд. лет назад.

Импактные брекчии классифицируются по структуре матрицы (основной массы):

Шлиф 976, 'Луна-20', проходящий свет николи скрещены. Брекчия с обломочной матрицей. В этой породе крупные обломки плагиоклаза (серые интерференционные окраски) реже оливина и пироксена (синие, красные, желтые окраски) находятся в матрице, состоящей из мелких обломков тех же минеральных фаз.

Шлиф 72275,125, 'Аполлон-17', отраженный свет. Брекчия с обломочной матрицей. Хорошо видно, что обломки минеральных фаз в таких породах очень слабо связаны между собой, т.е. цементирующая их матрица очень рыхлая. По этой причине брекчии с обломочной матрицей - механически непрочные породы и не пользуются большим распространением в лунной коре.

Шлиф 66095,87, 'Аполлон-16', проходящий свет, николи скрещены. Брекчия с ударно-расплавной матрицей. Крупные обломки минералов (в основном плагиоклаза, серый до темного), реже оливина и пироксена находятся в хорошо раскристаллизованной матрице, в которой отчетливо выделяются лейстовидные (вытянутые) кристаллы плагиоклаза, указывающие на кристаллизацию матрицы их расплава. Такие породы - ударные расплавы, нагруженные обломками и очень типичны в материковых областях Луны.

Шлиф 79215,53, 'Аполлон-17' в проходящий свете без анализатора (слева) и в скрещенных николях (справа). Брекчия с перекристаллизованной (гранулитовой) матрицей. демонстрирует другой тип брекчий, которые. Такие брекчии широко распространены в материковой лунной коре. Они могли образоваться путем литификации и перекристаллизации обломочного материала в горячих кратерных выбросах, но могут быть также и продуктом перекристаллизации брекчий с обломочной и ударно-расплавной матрицами. В этой породе наблюдаются относительно крупные обломки плагиоклаза, находящиеся в матрице, сложенной округлыми и угловатыми зернами плагиоклаза, пироксена и оливинаю. В проходящем свете без анализатора зерна оливина и пироксена выглядят более рельефно из-за более высокого показателя преломления этих фаз.

Шлиф 876, 'Луна-20' в проходящем свете без анализатора (слева) и в скрещенных николях (справа). Брекчия с гранулитовой матрицей. Порода подобна по структуре брекчии 79215,53, показанной выше, но имеет более мелкозернистую структуру. В этой брекчии установлены хорошо оформленные кристаллы армолколита, непрозрачные (черные) в проходящем свете (внизу, слева) и светлые (внизу, справа) в отраженном свете. Армолколит (FeTi2O5) - минерал, впервые обнаруженный в лунных породах.

Шлиф 840, 'Луна-20', отраженный свет. Типичным акцессорным минералом гранулитовых брекчий является ильменит (светло-кремовый), который иногда содержит пластинки рутила - TiO2 (белая, яркая полоска) и хромита (голубовато-серый). Эти фазы выделяются из ильменита в ходе охлаждения. Темно-серая фаза в силикатной матрице - плагиоклаз, светло-серая - оливин и ортопироксен.

Шлиф 840, 'Луна-20', отраженный свет. В гранулитовых брекчиях изредка встречается бадделеита - ZrO2 (Bd) в виде мелких включений в зерна ильменита (Ilm) а также лейстовидные (или неправильные) выделения фосфата Са (Ph) - обычно витлокита - Ca3(PO4)2. Темно-серая фаза в силикатной матрице - плагиоклаз, светло-серая - оливин и ортопироксен.

Шлиф 863, 'Луна-20', проходящий свет, николи скрещены. Гранулит. Такие породы имеют пойкилобластовую структуру, в которой зерна ортопироксена нагружены многочисленными округлыми включениями оливина и плагиоклаза. Плагиоклаз также содержит округлые включения ортопироксена и оливина. Местами наблюдаются, однако равномернозернистые агрегаты этих силикатных минералов. Минеральные фазы в гранулитах не обладают химической зональностью. Гранулиты - продукты полной перекристаллизации (термального метаморфизма) импактитов или первичных магматических пород.

Шлиф 1009, 'Луна-20', проходящий свет, без анализатора. В этой ударно-расплавной породе хорошо заметны редкие, округлые (корродированные расплавом) обломки плагиоклаза, находящиеся в плохо раскристаллизованной матрице. Эти обломки, также как и редкие, мелкие выделения рудных минералов послужили центрами кристаллизации лейстовидных кристаллов плагиоклаза, что определяет вариолитовую структуру породы. Слабая кристалличность матрицы указывает на быстрое охлаждение ударного расплава.

Шлиф 872, 'Луна-20', проходящий свет, без анализатора. Ударно-расплавная порода, в которой лейсты плагиоклаза (прозрачные) погружены в коричневатый стекловатый базис, что предполагает высокую скорость остывания данного расплава. В этой породе наблюдаются мелкие каплевидные включения, состоящие из металла (светлый) и троилита (кремовый), легко видимые в отраженном свете (нижний снимок). Присутствие таких включений яркое свидетельство контаминации ударного расплава метеоритным материалом ударника.

Шлиф 1042, 'Луна-20', проходящий свет, николи скрещены. Ударно-расплавная порода с малым количеством обломков. В этой породе редкие обломки плагиоклаза погружены в матрицу, в которой доминируют лейстовидные кристаллы плагиоклаза. Последние обладают некоторой преимущественной ориентировкой, отражающей, по-видимому, направление течения ударного расплава.

Шлиф 68415,148, 'Аполлон-16', проходящий свет, николи скрещены. Ударно-расплавная порода, которая не содержит обломков. Порода состоит в основном из лейстовидных кристаллов плагиоклаза. Она хорошо раскристаллизована и относительно крупнозернистая, что указывает на медленное остывание родительского расплава, ударное происхождение которого опознается по повышенному содержанию сидерофильных элементов - свидетельство присутствия метеоритного вещества.

Шлиф 60025,136, 'Аполлон-16' (слева) и шлиф 862, 'Луна-20' (справа), проходящий свет, николи скрещены Катаклазированные анортозиты. Предполагается, что такие породы, состоящие почти исключительно из плагиоклаза, пользуются наибольшим распространением в первичной лунной коре. Крупные кристаллы плагиоклаза обломаны, разбиты трещинами, имеют мозаичное или волнистое погасание, частично растерты до мелких обломков - следствия наложенного ударного воздействия.

Шлиф 861, 'Луна-20', проходящий свет, николи скрещены. Анортозит, полнокристаллическая плагиоклазовая порода, в которой не наблюдается никаких следов ударного воздействия. Можно предполагать, что эта порода имеет магматическое происхождение.

Шлиф 859, 'Луна-20', проходящий свет, николи скрещены. Троктолит. Порода состоит из оливина (окрашен) и полностью остеклованного (превращенного в маскелинит), совершенно изотропного плагиоклаза (черное).. Трансформация плагиоклаза в маскелинит происходит при ударных давлениях более 200 кбар. Маскелинит впервые был обнаружен в метеорите Shergotty, который, как предполагается, имеет марсианское происхождение.

Шлиф 924, 'Луна-20', проходящий свет, николи скрещены. Анортозитовое габбро. Основные минералы: плагиоклаз (серый до желтого), образующий сдвойникованные, таблитчатые кристаллы, и клинопироксен (яркие интерференционные окраски), заполняющий, в основном, пространство между кристаллами плагиоклаза. Порода имеет изверженное магматическое происхождение.

Шлиф 913, 'Луна-20', проходящий свет, без анализатора Фрагмент анортозитовой крупнозернистой породы, вероятно, магматического происхождения с крупными кристаллами розовой шпинели (MgAl2O4). Присутствие такой шпинели характерная черта троктолитовых анортозитов и троктолитов лунных материков.

Морские породы образуют тонкие покровы во впадинах лунных морей и составляют около 1% лунной коры. Это эффузивные магматические породы, состоящие в основном из клинопироксена и плагиоклаза и относящиеся к группе габбро-базальта. Излияния морских базальтов на поверхность Луны происходили менее 4 млрд. назад после окончания тяжелой бомбардировки. Морские базальты разделяются в основном по содержанию титана и алюминия:

1. Базальты с высоким содержанием титана (TiO₂ >8 вес.%). Это породы, собранные экспедициями 'Аполлон 11 и 17'

2. Базальты с низким содержанием титана и бедные алюминием (TiO2 2-6 вес.%, Al₂O₃ < 12 вес.%). Эта группа объединяет породы экспедиций 'Аполлона 12 и 15'.

3. Базальты с низким содержанием титана, богатые алюминием (TiO2 3-6 вес.%, Al2O3 12-15 вес.%). К этому типу относятся базальты, доставленные 'Луной-16'

4.Базальты с очень низкими содержаниями титана (TiO2 <1 вес.%), опробованные в основном 'Луной-24'.

В минеральном составе различия между этими группами выражаются в содержании ильменита - основной титановый минерал, содержащий титан, и плагиоклаза, с которым связано основное количество алюминия. Морские базальты - продукт частичного плавления лунных недр на глубинах до 400 км. Поэтому состав морских базальтов отражает состав лунной мантии.

Шлиф 74275,93, 'Аполлон-17', проходящий свет, без анализатора (слева) и отраженный свет (справа). Базальт с высоким содержанием титана. Долерит. В проходящем свете заметен коричневатый пироксен, изометричные, прозрачные кристаллы оливина с мелкими включения хромита (черное), лейсты плагиоклаза (серый, белый) и непрозрачный ильменит. В отраженном свете ильменит - светлый и видно, что он представлен лейстовидными кристаллами. В центральных частях ильменитовых лейст (снимок внизу) часто встречается армолколит (голубовато-серый, более темный, чем ильменит). Этот минерал впервые был обнаружен в высокотитанистых базальтах 'Аполлона-11' и назван в честь членов экипажа этой экспедиции - Армстронга, Олдрина и Коллинза.

Шлиф 12018,80, 'Аполлон-12', проходящий свет, без анализатора. Базальт (долерит) с низким содержанием титана. Порода сложена слабо коричневатым пироксеном, изометричными выделениями оливина (прозрачный) и лейстами плагиоклаза (прозрачный). Ильменит (непрозрачный) имеет второстепенное значение в этой породе. По данным орбитального изучения лунной поверхности породы такого типа, вероятно, пользуются наибольшим распространением в морских районах Луны.

Шлиф 1517, 'Луна-24', проходящий свет, без анализатора (слева), и в скрещенных николях (справа) Ферробазальт (долерит) с очень низким содержанием титана. Породе в основном сложена пироксеном (слегка коричневатый) и плагиоклазлм (бесцветный). Содержание рудного минерала (черный, в основном хромит) очень незначительно. Равномернозернистая структура породы и отсутствие лейст плагиоклаза предполагает, что она испытала термальный метаморфизм и является метабазальтом. Породы данного типа доминируют в месте посадки 'Луны-24'. Они не обнаружены в образцах экспедиций 'Аполлон', но присутствуют в популяции лунных метеоритов.

Шлиф 1682, 'Луна-24', проходящий свет, николи скрещены. Долерит. Кроме мелкозернистых базальтовых пород с очень низким содержанием титана в реголите 'Луны-24' наблюдаются фрагменты и их относительно крупнозернистых аналогов. В этом шлифе серые лейстовидные кристаллы - плагиоклаз, светло-желтый с трещинками спайности - клинопироксен.

Шлиф 1502, 'Луна-24', проходящий свет, николи скрещены. В базальтовых породах 'Луны-24' в интерстициях между кристаллами плагиоклаза иногда встречается кристобалит (SiO2), имеющий черепицеобразную структуру.

Шлиф 1516, 'Луна-24', проходящий свет, без анализатора. Оливиновый базальт. В этой породе фенокристаллы оливина (светлый, прозрачный) и тонкие лейсты плагиоклаза погружены в плохо раскристаллизованную криптокристаллическую, коричневатую матрицу. Такая структура предполагает быструю кристаллизацию расплава, содержащего кристаллы оливина, на лунной поверхности. В отличие от обычных ферробазальтов 'Луны-24', эта порода более магнезиальна, но также обладает очень низкими содержанием титана.

Шлиф 13, 'Луна-16', проходящий свет, без анализатора. Базальтовые породы 'Луны-16' несколько обогащены титаном по сравнению с типичными низкотитанистыми лунными базальтами и отличаются также повышенным содержанием алюминия. В этой породе черные (непрозрачные) лейсты - ильменит, коричневые зерна - клинопироксен, прозрачные лейсты - плагиоклаз. Встречаются также редкие округлые зерна оливина (прозрачный).

Шлиф 553, 'Луна-16', проходящий свет, николи скрещены. Долерит. Полнокристаллическая порода, в которой лейсты плагиоклаза (серый до белого) находятся в тесном срастании с неправильными зернами клинопироксена (цветной).

Шлиф 530, 'Луна-16', проходящий свет, без анализатора. В породах 'Луны-16' обычно наблюдаются октаэдрические кристаллы хромита, которые, как правило, заключены в зерна клинопироксена (коричневатый) или оливина.

Шлиф 809, 'Луна-20', отраженный свет. Породы подобные базальтам 'Луны-16' обнаружены и в реголите 'Луны-20'. Обогащение ильменитом (светлые лейсты) и плагиоклазом (темные лейсты) определяет повышенное содержание титана и алюминия в этих породах. Светло-серая матрица сложена клинопироксеном и оливином.

Шлиф 809, 'Луна-20', отраженный свет. Хромшпинелиды в лунных базальтовых породах обычно зональны. На этом снимке кристалл хромита (Ch), расположенный на краю оливинового зерна (Ol), обрастает светлой оболочкой ульвошпинели (Uv), содержащей включения ильменита (Ilm). Px - клинопироксен; Pl - плагиоклаз, Tr - троилит.

Лунный реголит - слой рыхлого, слабосвязанного обломочного материала, покрывающий лунную поверхность. Реголит образуется за счет ударной переработки пород скального основания и состоит из обломков этих пород, минеральных зерен, и вторичных частиц - продуктов ударной переработки. Последние представлены стеклами, шлаками, агглютинатами, и др. Реголитовые брекчии - сцементированный реголит.

Шлиф 12034,34, 'Аполлон-12', проходящий свет, без анализатора (слева) и в отраженном свете (справа). Реголитовая брекчия, в которой доминируют мономинеральные обломки. Наблюдаются также фрагменты бурого стекла. Матрица в основном обломочная с небольшим количеством криптокристаллического материала. Обломочный характер матрицы хорошо виден в отраженном свете.

Шлиф 1512, 'Луна-24', проходящий свет, николи скрещены. Другой пример реголитовой брекчии, состоящей главным образом из мономинеральных обломков оливина, пироксена и плагиоклаза, которые цементируются обломочной матрицей с небольшим количеством стекла.

Шлиф 572, 'Луна-16', проходящий свет, без анализатора. Крупный фрагмент стекла базальтового состава в реголитовой брекчии. Такие стекла могут иметь вулканическое, т.е. образоваться при фонтанировании лавы, а не импактное происхождение. Однако, определение генезиса лунных стекол - непростая задача.

Шлиф 580, 'Луна-16', проходящий свет, без анализатора. Агглютинат. В этих шлакообразных частицах доминирует стекло с большим количеством пузырей и редкими обломками минералов. В стекле (зеленовато-серое) прослеживаются структуры течения.

Шлиф 952, 'Луна-20', проходящий свет, без анализатора. Агглютинат. В этой частице преобладает бурое пористое стекло.

Шлиф 943, 'Луна-20', проходящий свет, николи скрещены. Шарики стекла - характерный компонент лунного реголита. На этой фотографии показан шарик, сложенный девитрифицированным стеклом. В центре шарика полость. Такие шарики образуются при быстрой кристаллизации капель ударного расплава в свободном полете. Охлаждение капель осуществляется излучением. По химическому составу такие шарики идентичны материковым породам. Однако некоторые из них потеряли летучие компоненты, что указывает на высокие температуры исходного расплава.

Шлиф 919, 'Луна-20', отраженный свет. В реголитовых брекчиях часто наблюдаются фрагменты металла (яркий, белый) метеоритного состава. В этом металлическом фрагменте, имеющем состав камасита (Fe,Ni сплав с содержанием Ni около 5%), присутствуют также шрейберзит (Sch) - (Fe,Ni)3P и когенит (Chn) - (Fe,Ni)3C. Эти минералы обычны в железных метеоритах.