LZS-1, Lanzarote (Islas Canarias, España) Lunar (Apollo 14) simulación de suelo basáltico

material y métodos

En la campaña de campo se recolectaron 3000 g de roca basáltica de la Cantera Tao. De ellos, para llevar a cabo el análisis, se seleccionaron 1500 g de muestras de basalto “fresco”, que no presentaban alteración, tratando de representar sus diferentes características morfológicas (p.e. masivo, vesicular). Para el muestreo, obtuvimos los permisos correspondientes para acceder a algunas áreas de estudio, gracias al apoyo del Geoparque Mundial de la UNESCO de Lanzarote y el Archipiélago del Cinejo.17.

De acuerdo con los resultados obtenidos en artículos anteriores18,19,2021, se decidió dividir las muestras de basalto “fresco” de 1500 g en dos fracciones principales, que corresponden a los rangos más frecuentes, que representan los rangos de distribución del tamaño de grano primario de los suelos lunares (Tabla 1). La Figura 4 muestra dos latas de material de regolito. Uno pertenece a la fracción entre 63 y 125 µm (1000 g) y el otro representa la fracción <63 µm (500 g). En cuanto a las formas de los granos, principalmente angulares (irregulares) (Figura 5), ​​coincidiendo con los resultados obtenidos por Katagiri et al. (2014)22 Sobre las características de forma de grano de los suelos lunares.

Tabla 1 Valores medios y medianos de los tamaños de partículas del regolito lunar en los sitios de aterrizaje del Apolo 11–17 y simulaciones de regolito CAS-1, JSC-15y LZS-1.
Figura 4

LZS-1 Simulante basáltico de Lanzarote.

Figura 5
Figura 5

LZS-1 escanea la imagen del microscopio electrónico que muestra el tamaño y la forma de los granos.

Para la caracterización mineralógica y geoquímica, realizamos técnicas como la difracción de rayos X (Difractómetro Bruker T8 Advance), Fluorescencia de rayos X (Espectrómetro Bruker S2 Ranger), Microscopía electrónica de barrido Energy Dispersive X-ray (JEOL JSM-820), Elect. Microanálisis (JEOL Superprobe JXA-8900 M) y espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente (espectrómetro de masas, con fuente de ionización ICP, Bruker Aurora Elite). Para la caracterización petrofísica, se realizaron experimentos para determinar parámetros cromáticos (espectrofotómetro MINOLTA CM-700d/600d). Determinación de la dureza según el método de rebote LEEB (durómetro EQUOTIP 3). Determinación de la rugosidad superficial (medidor óptico de rugosidad superficial TRACEIT). Determinación de la velocidad de propagación de ultrasonidos (PUNDIT de CNS Electronics, Unit LPF-04-US). Determinación de la porosidad accesible al agua, densidad verdadera y aparente y compacidad. Determinación de la porosidad accesible al mercurio, distribución del tamaño de los poros y tortuga. Evaluación de la resistencia a la compresión uniaxial (UCS). Para el crecimiento de LZS-1, las muestras de roca basáltica se cortaron primero en formas regulares y se colocaron en un horno a 60 °C durante 48 h hasta alcanzar una masa constante. Un tercio de las muestras se dedicó a pruebas petrofísicas (rugosidad de la corteza, velocidad de pulso ultrasónico, concentración de mercurio y porosimetría de Hg). El resto (2/3) se transportó a un molino de bolas donde se obtuvieron 1500 g de simulador de regolito. El tamiz de material de basalto está estandarizado en el estándar ASTM, en el que se utilizaron números 10 (2 mm), 18 (1 mm), 35 (0,5 mm), 60 (0,250 mm), 125 (0,125 mm). Para obtener fracciones por debajo de 65 µm, se pulverizaron 500 g de material molido en un mortero de ágata y luego no. pasó por un tamiz de 230 (0,065 mm). Finalmente, las fracciones alcanzadas se almacenaron en dos latas diferentes (Figura 4).

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Petrografía y Mineralogía

Texturalmente, las muestras están muy vesiculadas, con un porcentaje de vacíos que alcanza el 48% del total en algunos casos. Su tamaño varía. Las muestras de Tao variaron en diámetro de vesícula de 150 µm a 2,5 mm. Otras texturas que podemos distinguir son texturas vítreas (hipocristalinas), afaníticas y microcristalinas.

Mineralógicamente se representan tres subclases de silicatos (Fig. 6); Nesosilicatos: olivino caracterizado por su marcado relieve, extinción recta, hábito altamente diedro y redondeado; Inosilicatos con (clino-orto)piroxenos, (calcio)tectosilicatos con grupo plagioclasa y vidrio compuesto principalmente por piroxeno y plagioclasa. Por otro lado, existen principalmente óxidos metálicos de hierro, titanio y cromo.

Figura 6
Figura 6

Imagen de muestras analizadas a nivel macroscópico y microscópico, luz reflejada e imagen de microsonda electrónica en níqueles paralelos y transversales. Los colores azul y marrón corresponden a minerales del grupo de los olivinos. El color negro corresponde a una masa vítrea compuesta principalmente por piroxeno. Los datos obtenidos de la microsonda electrónica y SEM-EDX identificaron las principales fases minerales.

Antes de realizar cualquier análisis, las muestras se limpiaron y secaron en estufas a 70°C hasta alcanzar una masa constante. Después de esto, se trituraron 10 g de basalto para XRD (Figura 7) y XRF. El resto de análisis químicos se realizaron sobre láminas delgadas en el Centro de Apoyo a la Investigación de la Universidad Complutense de Madrid (CAI-UCM).

Figura 7
Figura 7

Imagen detallada de datos XRD y SEM-EDX de LZS-1, en la que se representan las principales fases minerales.

La composición de elementos principales en comparación con CAS-1, JSC-1, FJS-1 y MKS-1 se muestra en la Tabla 2. LZS-1 es similar a CAS-1, JSC-1 y Apollo 14 muestra aglutinada 14163.5.

Tabla 2 Composición de los elementos principales de LZS-1 en comparación con las simulaciones de suelo lunar CAS-1, JSC-1, FJS-1, MKS-1 y el regolito lunar del Apolo 145.

La composición de oligoelementos de LZS-1 se analizó mediante ICP-MS (Tabla 3) y se encontró que era similar a la basanita-basalto. Las concentraciones de elementos de tierras raras (REE) se muestran en la Figura 8 que muestra un ligero enriquecimiento de REE en ausencia de anomalías de Ce o Eu. LZS-1 tiene altas proporciones de elementos incompatibles y está enriquecido en grandes iones litófilos (Figura 8). Esto sugiere que el material proviene del manto, en lugar de diferenciarse en una cámara de magma.

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Tabla 3 Abundancia de elementos traza de la simulación del suelo lunar LZS-1.
Figura 8
Figura 8

Patrón de distribución REE normalizado con condrita del simulador de suelo lunar LZS-1 y comparado con 5 grupos de muestras lunares basálticas con alto contenido de Al25 Normalizado a condrita según Evensen. y muchos otros.26.

La Tabla 4 muestra la composición promedio de las principales fases minerales del simulador regolítico lunar LZS-1 en comparación con cinco grupos de muestras de basalto de yegua aluminosa de la superficie lunar.25.

Tabla 4 Composiciones promedio de las principales fases minerales en cinco grupos de muestras de basalto de mare aluminoso de la superficie lunar25 y obtenido con SEM-EDX en LZS-1.

No hay evidencia de procesos de meteorización en los minerales después del proceso explosivo. No se encontraron carbonatos, cuarzos o arcillas que indicaran que los basaltos habían sido reemplazados.

Propiedades físicas

Las propiedades físicas de LZS-1, incluidos el color, la dureza, la velocidad del pulso de ultrasonido, la densidad, la porosidad y la resistencia a la compresión uniaxial, se determinaron mediante pruebas petrofísicas. De hecho, la densidad, la velocidad del pulso de ultrasonido, la porosidad y la resistencia a la compresión uniaxial obtenidas de LZS-1 son comparables a la muestra de basalto lunar del Apolo 14.20 y con datos derivados de la Formación Fra-Mauro27Son similares a la misión Apolo 14.

El color se midió con un espectrofotómetro Minolta CM 700d y software COLOR DATA SPECTRAMAGICTM NX CM-S100W, utilizando iluminante estándar D65 (CIE -Commission International de l´Eclaraige standard illuminant-, cromaticidad equivalente a temperatura diurna de 6504 ºK) y ángulo de visión de 10º o observador ángulo (Figura 9).

Figura 9
Figura 9

Los datos de las pruebas de color muestran que no existe dispersión entre las muestras analizadas, por lo que se puede decir que no han sido alteradas por procesos de meteorización posteriores a la explosión.

Se utilizó el sistema CIE L* a* b*. L* es una propiedad que determina el grado de luminosidad, brillo u oscuridad de un color. Muestra valores desde 0 (negro puro) hasta 100 (blanco puro). Cuanto mayor sea el valor, más claro, y cuanto menor sea el valor, más oscuro. a * y b * son coordenadas de color: el eje -a *, + a * indica el grado de saturación hacia el verde (-a*) y el rojo (+ a *). El eje -b *, + b * es de azul a amarillo y C* es el croma obtenido con la ecuación. (1)

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$$ C^{*} = \left( {a^{*2 } + b^{*2 }} \right)^{{{\raise0.7ex\hbox{$1$} \!\mathord{\left / {\vphantom {1 2}}\right.\kern-\nulldelimiterspace} \!\lower0.7ex\hbox{$2$}}}} $$

(1)

La dureza (Fig. 10) se midió con un dispositivo EQUOTIP 3 según el método de rebote LEEB (EHT, Equotip hardness tester).

Figura 10
Figura 10

Datos de dureza del dispositivo Equotip 3.

Esta medida representa la rugosidad de la superficie de los materiales utilizados en ingeniería y nos ha permitido evaluar la resistencia a la compresión uniaxial de las muestras de Tao Quarry. Los resultados de la evaluación de la resistencia a la compresión uniaxial (Figura 11) se obtuvieron con la ecuación. (2)

$$ UCS \left( {MPa} \right) = 2*10^{ – 8} *EHT^{3.3492} $$

(2)

Figura 11
Figura 11

Datos de estimación de UCS derivados de la ecuación derivada de Yilmaz. y Goktán28. BES Basalto escoriáceo, BAFV Basalto afanítico vesicular, BOPM Basalto de olivino pirogénico masivo, BPLM Basalto plagioclástico masivo, FON Fonolita, IGNS Ignimbrita sin soldar, TRQ Traquita, IGS Moho de tracita, IGS Weldsalt20)

La velocidad del pulso de ultrasonido indica la anisotropía global de la roca (Tabla 5) y la rugosidad de la anisotropía a nivel de la superficie (Figura 12).

Tabla 5 Los resultados de la prueba de velocidad de pulso de ultrasonido y la anisotropía corresponden a Vmed: velocidad media, STD med: desviación estándar media, dM: anisotropía total y dm: anisotropía relativa.
Figura 12
Figura 12

Datos de rugosidad del rugosímetro óptico TRACEIT.

La densidad y porosidad de la roca se calcularon mediante porosimetría de infiltración de mercurio (Micromeritics Autopore IV, presión máxima 400 MPa). Los valores de densidad son 2,8 g/cm3 3,0 g/cm23 En todos los modelos Tao. A su vez, debido a la alta penetración del mercurio en los poros de las rocas, se obtuvieron dos valores de porosidad: microporosidad (< 5 µm) மற்றும் மேக்ரோபோரோசிட்டி (> 5 micras). Los resultados (Tabla 6) muestran que los basaltos de Tao tienen microporosidad en lugar de macroporosidad.

Tabla 6 Resultados de la prueba de porosimetría de mercurio.

Comparación entre estos resultados y los datos de la misión Apolo 1427 y una muestra de basalto lunar20 aparece en la tabla 7. Como se puede observar, existe una fuerte correlación no solo en términos mineralógicos y geoquímicos, sino también en las propiedades físicas. Por esta razón, los basaltos de Tao se consideran similares a la superficie lunar según el lugar de aterrizaje de la misión Apolo 14.

Tabla 7 Comparación de propiedades físicas entre muestra basáltica lunar, Formación Fra Mauro y LZS-1.

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