原始月球脱气的湍流动力学模拟

熔岩月球的脱气过程及其对矿物同位素组成的影响，使得地球与月球似乎源于相同的物质储库。然而，月球对揮发性元素的显著脱耗及其中等揮发性元素的同位素组成指向了一个全局脱气过程，可能发生在月球的熔岩洞期。本文利用修改后的 FARGOCA 代码进行二维时依赖的湍流动力学模拟，研究了因潮汐驱动的熔岩月球脱气过程，特别关注蒸发气体的动力学特征。与 Charnoz 等人 (2021) 的一维稳态方法不同，我们的模拟显示，在地球罗斯极限附近（即原始月球可能形成的区域），来自月球熔岩洞的蒸发气体形成了一个含挥发性物质的星际盘，其中不到 30% 的物质被月球重新吸积。我们发现，如果月球熔岩洞的表面温度为约 1800--2000 K，就可以实现对月球上 K 和 Na 脱耗的匹配。在约 1000 年后，热边界层或浮力浮岩层形成，抑制了揮发性元素的脱气。通过绘制揮发性物质的速度场图，可见其在月球表面不同经度的再吸积趋势：当月--地距离超过 3.5 个地球半径时，物质主要在月球的后侧重新吸积，这表明月球表面揥发性物质丰度之间存在一个二极性分布。这一二极性分布可能为研究早期熔岩地球的潮汐条件提供了线索。总之，潮汐驱动的大气逃逸有效地脱气了月球，符合月球上 Na 和 K 丰度的时间尺度，这与熔岩洞或浮石浮层的形成相吻合。