Introduction Jones & Palme (2000), Jones & Hood (990), Mueller et al. (988) ρ~3.34g/cm 3, MI~0.39 (<400km) Nakamura et al. (982), Kuskov & Kronrod (99

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2 Introduction Jones & Palme (2000), Jones & Hood (990), Mueller et al. (988) ρ~3.34g/cm 3, MI~0.39 (<400km) Nakamura et al. (982), Kuskov & Kronrod (998) (~60km?) Apollo Warren (2005), Longhi (992, 2003), Wasserburg & Papanastassiou (97), Wänke et al. (97) (:CaAl2Si2O8) Bart et al. (20), Song et al. (200), Mitrofanov (200) Ishihara et al. (2009), Ohtake et al. (2009), Tompkins & Pieters (999) (~45±0km),

3 Introduction FeOAl2O3 Buck & Toksöz (980) 2 Khan et al. (2006) 3 Lognonné et al. (2003) Al2O3 [xbse] (BSE*) Apollo Th, UAl2O Warren (2005) 5 Taylor (982) 6 Taylor et al. (2006) 7 Ringwood (979) Longhi (982, 2006) 9 Wänke & Dreibus (982) Jones & Delano (989) Snyder et al. (992) 0 *BSEMcDonough & Sun (995) FeO [xbse]

4 Introduction 月地殻形成 月地殻は大規模マグマオーシャンから斜長石が浮上して形成 Wood et al. (970) cooling 初期LMO 地殻形成開始 pl 地殻 マントル ol ol, opx マントル形成 cpx 地殻形成 月地殻形成条件 45±0kmの斜長岩質地殻を作る斜長石析出量 対流中での斜長石浮上 斜長石と共存する地殻中のかんらん石 輝石組成 2年7月27日金曜日

5 Introduction 月地殻形成 月地殻は大規模マグマオーシャンから斜長石が浮上して形成 Wood et al. (970) cooling 初期LMO 地殻形成開始 pl 地殻 マントル ol ol, opx マントル形成 cpx 地殻形成 月地殻形成条件 45±0kmの斜長岩質地殻を作る斜長石析出量 対流中での斜長石浮上 斜長石と共存する地殻中のかんらん石 輝石組成 本研究の目的 観測事実と整合的な月地殻形成条件から マグマオーシャン組成(~月バルク組成)を制約する 2年7月27日金曜日

6 Purpose & Procedure 手法 cooling 初期LMO 地殻形成開始 pl 地殻 マントル ol ol, opx マントル形成. 初期 組成仮定 2. 分化過程モデル 熱力学計算 cpx 地殻形成 3. 観測事実と比較し検討 MELTS/pMELTS 本研究の目的 観測事実と整合的な月地殻形成条件から マグマオーシャン組成(~月バルク組成)を制約する 2年7月27日金曜日

7 LMO SiO2, Al2O3, FeO, MgO, CaO BSE (Bulk Silicate Earth) - MgO/SiO2~.3 (const.) - Al2O3/CaO~0.7 (const.) - FeO : BSE mafic Al2O3 [xbse] 2 - Al2O3, CaO : BSE BSE* (wt%) SiO Al2O3 4.5 FeO 8. MgO 38.2 CaO 3.6 *McDonough & Sun (995) FeO [xbse] 7 0

8 Purpose & Procedure 手法 cooling 初期LMO 地殻形成開始 pl 地殻 マントル ol ol, opx マントル形成. 初期 組成仮定 2. 分化過程モデル 熱力学計算 cpx 地殻形成 3. 観測事実と比較し検討 MELTS/pMELTS 本研究の目的 観測事実と整合的な月地殻形成条件から マグマオーシャン組成(~月バルク組成)を制約する 2年7月27日金曜日

9 Maximum Fractionation Equilibrium Crystallization FeO [wt%] [%]

10 FeO [wt%] [%] ) (000 km) 2) ~738km 0% 3) X (0<X 40%) Sato (2005), Hoover et al. (200), Carroll (996) 4) LMO

11 FeO [wt%] [%] ) (000 km) 2) ~738km X% 3) X (0<X 40%) Sato (2005), Hoover et al. (200), Carroll (996) 4) LMO

12 FeO [wt%] [%] ) (000 km) 2) 0% 3) X (0<X 40%) Sato (2005), Hoover et al. (200), Carroll (996) 4) LMO

13 FeO [wt%] [%] ) (000 km) 2) 0% 3) X (0<X 40%) Sato (2005), Hoover et al. (200), Carroll (996) 4) LMO

14 FeO [wt%] [%] ) (000 km) 2) X% 3) X (0<X 40%) Sato (2005), Hoover et al. (200), Carroll (996) 4) LMO

15 FeO [wt%] [%] ) (000 km) 2) 3) X (0<X 40%) Sato (2005), Hoover et al. (200), Carroll (996) 4) LMO

16 FeO [wt%] [%] ) (000 km) 2) 3) X (0<X 40%) Sato (2005), Hoover et al. (200), Carroll (996) 4) LMO

17 0% X 00% FeO [wt%] [%] ) (000 km) 2) 3) X (0<X 40%) Sato (2005), Hoover et al. (200), Carroll (996) 4) LMO

18 Output Input (MELTS/pMELTS) Ghiorso & Sack (995), Ghiorso+ (2002) MORB () (batch or Max. frac.) (+TiO2, Fe2O3, Na2O)

19 BSE, X~30% 643 C, 2.3 GPa 264 C, 0.3 GPa LMO[wt%] SiO2 MgO FeO Al2O3 CaO Al2O3, CaO, FeO [%] 0 LMO st separation 2nd 3rd 4th pl cpx opx ol ol, opx, cpx 75-80%pl LMO [%]

20 LMO [wt%] 40 SiO2 LMO Al2O3 CaO FeO MgO X [vol%] Al2O3 =xbse FeO =xbse LMO[km] X LMO [%] cpx opx ol

21 LMO [wt%] LMO LMO[km] SiO2 Al2O3 CaO MgO FeO Al2O3 =xbse X=20% FeO [xbse] FeO LMO [%] cpx opx ol

22 LMO [wt%] LMO LMO[km] SiO2 Al2O3 CaO FeO MgO FeO =xbse X=20% Al 2O3 [xbse] Al2O3 sp [%] sp cpx opx ol

23 X = 30vol% 2 melt sp cpx ol 75-80vol% Al2O3 opx cpx, sp Al2O3 [xbse].5 melt opx ol FeO pxol ol opx cpx sp (Mg, Fe)2SiO4 (Mg, Fe)SiO3 (Ca, Mg, Fe)2Si2O6 (Mg, Fe)Al2O4.5 2 ol cpx(augite) sp opx cpx(pigeonite) melt FeO [xbse]

24 LMO Al2O3 [ BSE] : FeO [ BSE] 2: 3: Mg# : LMO FeO ρη FeO 2 : BSE spal2o3 Al2O3 3 : FeOMg# maficmg#(~0.75) FeO (Al2O3) Mg# = MgO/(MgO+FeO)

25 LMO Al2O3 [ BSE] : FeO [ BSE] 2: 3: Mg# : LMO FeO ρη FeO 2 : BSE spal2o3 Al2O3 3 : FeOMg# maficmg#(~0.75) FeO (Al2O3) Mg# = MgO/(MgO+FeO)

26 LMO Tonks & Melosh (990) Liquidus v = {ακgδt Nu} /3 u = 8 D 2 Δρg η D > D* ~ 3 η v(nu) Δρg 0.5

27 LMO Martin & Nokes (989) >> Stokes Law ()

28 LMO Martin & Nokes (989) >> Stokes Law ()

29 LMO Solomatov et al. (993) D [m] : η [Pa s] : α [K - ] : g [m/s 2 ] : Δρ [J/(kg K)] : Cp [J/(kg K)] : F [J/(m 2 s)] : 0 -~0 mm0 0- mm

30 8 LMO D* [cm] BSE FeO Solomatov et al. (993) x.5 x2.0 x FeO [wt%] Solomatov et al. (993) Apollo Sample545 James (972) D~3cm Wilshire et al. (972) D~.8cm LMOD~0 0- cm(?) Solomatov & Stevenson (2003)

31 LMO Al2O3 [ BSE] : FeO [ BSE] 2: 3: Mg# ~45km ~80vol% : LMO FeO ρη FeO 2 : BSE spal2o3 Al2O3 3 : FeOMg# maficmg#(~0.75) FeO (Al2O3) Ishihara+ (2009), Wieczorek & Zuber (200) Al2O3(MgAl2O4)

32 LMO Al2O3 [ BSE] : FeO [ BSE] 2: 3: Mg# mafic mineralsmg# : LMO FeO ρη FeO 2 : BSE spal2o3 Al2O3 3 : FeOMg# maficmg#(~0.75) FeO (Al2O3) Mg# = MgO/(MgO+FeO) FeOMg#mafic minerals

33 LMO Al2O3 [ BSE] : FeO [ BSE] 2: 3: Mg# : LMO FeO ρη FeO 2 : BSE spal2o3 Al2O3 3 : FeOMg# maficmg#(~0.75) FeO (Al2O3) FeO, Al2O3BSE Al2O3

34 REE Al2O3 [ BSE] Al2O3, CaO cpx MELTS/pMELTS sp cpx opx ol [%] REEcpx 0 REE D (mineral/melt) cpx pl opx ol sp La Eu Yb REE ol, opx, spree cpxlree pleu Johnson (994); Hauri et al. (994); Dunn & Sen (994); Kennedy et al. (993); Niu et al. (996) REEAl2O3(CaO)

35 REE Al2O3 [ BSE] D (mineral/melt) Al2O3, CaO cpx MELTS/pMELTS REEcpx REE pl cpx ol,opx,sp La Eu Yb sp cpx opx ol REE ol, opx, spree cpxlree pleu Johnson (994); Hauri et al. (994); Dunn & Sen (994); Kennedy et al. (993); Niu et al. (996) REEAl2O3(CaO) 0 [%]

36 LMO進化に伴うREEパターンの変化 ol, opx (cpx) pl + mafic minerals 地殻形成開始 LMO 初期LMO Step Step2 ol, opx cpx Snyder et al. (992) FeO ~2 wt%, Al2O3 ~5.0 wt%, CaO~ 3.8 wt% 初期LMO深さ ~ km pl析出まではbatch 析出後は分別結晶 LMO ~78 vol%結晶化でpl析出 2年7月27日金曜日 pl 地殻形成途中 LMO 析出するpl Step4 Step3

37 LMO進化に伴うREEパターンの変化 ol, opx (cpx) pl + mafic minerals 地殻形成開始 LMO 初期LMO Step Step2 pl 地殻形成途中 LMO 析出するpl Step4 Step3 ol, opx cpx 地殻のREE情報 地殻のREE情報から初期LMOのREEパターンに戻し 析出したcpx量を制約 CI chondriteを仮定 蒸発凝縮 分配係数は複雑 地殻岩石のきれいなパターン説明不可 衝突天体の分化 衝突天体はほぼ全部月になる 2年7月27日金曜日

38 REE ApolloFANplREE FANplREE 545(FAN), 60025(pl), 60055(pl) REE abundance/ci FAN pl Papike et al., pl LaCe Eu Yb LaCe Eu Yb LaCe Eu Yb 00 Floss et al., 998 Floss et al., 998 ~ Ga (Ar/Ar) Albarede, 978; Stettler et al., 973; Turner et al., 972; Husain et al., 972 ~98% pl (unbrecciated) low 87 Sr/ 86 Sr e.g. Meyer, 20 ~4.36 Ga (Pb-Pb,Sm-Nd) Borg et al., 20 ~98.7% pl (cataclastic) Floss et al., 998 low 87 Sr/ 86 Sr e.g. Meyer, 20 No data ~98% pl (cataclastic) Shock features are lacking e.g. Meyer, 20

39 REEパターンから制約するcpx量 ol, opx (cpx) pl + mafic minerals 地殻形成開始 LMO 初期LMO Step Step2 pl 地殻形成途中 LMO 析出するpl Step4 Step3 REE in FAN / CI ol, opx cpx 2年7月27日金曜日 Step4 545 FAN

40 REEパターンから制約するcpx量 ol, opx (cpx) pl + mafic minerals 地殻形成開始 LMO 初期LMO Step pl 地殻形成途中 LMO 析出するpl Step4 Step3 Step2 ol, opx cpx 2年7月27日金曜日 Step3 REE in FAN / CI REE in melt / CI Step4からStep3 plの分配係数を使って parent magmaのreeに戻す Step4 545 FAN

41 REEパターンから制約するcpx量 ol, opx (cpx) pl + mafic minerals 地殻形成開始 LMO 初期LMO Step pl 地殻形成途中 LMO 析出するpl Step4 Step3 Step2 ol, opx cpx 2年7月27日金曜日 Step3 Step4からStep3 plの分配係数を使って parent magmaのreeに戻す REE in FAN / CI Step2+α REE in melt / CI REE in melt / CI Step3からStep2+α Eu異常からStep3までに 析出したplを補正 Step4 545 FAN

42 REEパターンから制約するcpx量 ol, opx (cpx) pl + mafic minerals 地殻形成開始 LMO 初期LMO Step pl 地殻形成途中 LMO 析出するpl Step4 Step3 Step2 ol, opx cpx 2年7月27日金曜日 Step3 Step4からStep3 plの分配係数を使って parent magmaのreeに戻す REE in FAN / CI Step2+α Step3からStep2+α Eu異常からStep3までに 析出したplを補正 REE in melt / CI REE in melt / CI Step2+αからcpx[wt%] REE傾きからStep3までに 析出したcpx量推定 Step4 545 FAN

43 結果 REE情報からのcpx上限値 ol, opx (cpx) pl + mafic minerals 地殻形成開始 LMO 初期LMO Step pl 地殻形成途中 LMO 析出するpl Step4 Step3 Step2 ol, opx cpx 析出したcpx量 Step3までに 分離したpl量 [参考] 放射性年代 545 FAN 0±0 wt% 27 wt% Ga (Ar/Ar) pl 20±0 wt% 45 wt% 4.36 Ga (Pb-Pb, Sm-Nd) pl 0±0 wt% 29 wt% no data 結果 2年7月27日金曜日 Albarede, 978他 Borg et al., 20

44 結果 REE情報からのcpx上限値 ol, opx (cpx) pl + mafic minerals 地殻形成開始 LMO 初期LMO Step pl 地殻形成途中 LMO 析出するpl Step4 Step3 Step2 ol, opx cpx Papike et al. (997) 析出したcpx量 Step3までに 分離したpl量 545 FAN 0±0 wt% 27 wt% pl 20±0 wt% 45 wt% 4.36 Ga (Pb-Pb, Sm-Nd) pl 0±0 wt% 29 wt% no data 結果 2年7月27日金曜日 [参考] 放射性年代 Ga (Ar/Ar) Albarede, 978他 Borg et al., 20

45 結果 REE情報からのcpx上限値 ol, opx (cpx) pl + mafic minerals 地殻形成開始 LMO 初期LMO Step pl 地殻形成途中 LMO 析出するpl Step4 Step3 Step2 ol, opx cpx Papike et al. (997) 析出したcpx量 Step3までに 分離したpl量 545 FAN 0±0 wt% 27 wt% pl 20±0 wt% 45 wt% 4.36 Ga (Pb-Pb, Sm-Nd) pl 0±0 wt% 29 wt% no data 結果 2年7月27日金曜日 [参考] 放射性年代 Ga (Ar/Ar) Albarede, 978他 Borg et al., 20

46 Conclusion Al2O3 [ BSE] LMO batch FeO [ BSE] Buck & Toksöz (980) 2 Khan et al. (2006) 3 Lognonné et al. (2003) Th, UAl2O3 4 Warren (2005) 5 Taylor (982) 6 Taylor et al. (2006) 7 Ringwood (979) mare basalt 8 Longhi (982, 2006) 9 Wänke & Dreibus (982) 0 Jones & Delano (989) Al2O3(CaO) BSEAl2O3FeO () 4: REE cpx (<0wt%) (2) Fe metal (3)

47 Summary (~) mafic FeOBSE(~.4 BSE)Al2O3 REEcpx Al2O3 Al2O3~-.3 BSE Mg#REE Y-86032SIMS Al2O3 [ BSE] FeO [ BSE]

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