月の地質
長年の間、月の歴史に関する根本的な問題は、その起源についてであった。初期の仮説には、地球からの分裂、地球による捕獲、共降着等があった。今日では、ジャイアント・インパクト説が広く受け入れられている。
リュムカー山のような場所には、楯状火山が見られることがある。これらは、比較的粘度が高く、恐らく珪長質な組成を持つ溶岩の噴出によって形成されたと考えられている。結果として形成されるドーム構造は、幅の広い円形で、ゆるやかな傾斜が中腹まで数百m続く。通常、直径は8kmから12kmであるが、20kmを超えるものもある。また頂に小さな窪みを持つものもある。
コンピュータシミュレーションによって、この衝突は、かすめるように起きる必要があることが分かった。これにより、衝突した天体の一部が物質の長い尾を形成した。地球の非対称な形により、これらの物質は軌道上の大きな質量の周りに留まった。この衝突のエネルギーは莫大なもので、数兆トンの物質が蒸発、融解し、地球の温度は1万°Cに上昇した。
この仮説では、月がなぜ小さい核しか持たないのかも説明できる。衝突した天体の鉄の核の大部分は、地球の核に降着したと予測される。月のサンプルに揮発物が少ないのも、衝突のエネルギーで説明できる。地球への物質の再降着で解放されたエネルギーは、月の大部分を融解させるのに十分な量であり、マグマの海を形成した。
新しく出来た月は、今日の10分の1ほどの距離を公転し、地球に潮汐固定され、常に一方の面のみを地球に向けるようになった。月の地質は、それ以降、地球とは独立したものとなった。この仮説では、地球-月系の多くの側面を説明できるものの、月面の揮発元素が計算値よりも小さい等、いくつかの謎も残っている。
月の地質の歴史は、月の地質年代尺度と呼ばれる6つの地質時代に大別できる。月の歴史は約45億年前に始まり、形成直後の月は融けた状態で、地球に非常に近い軌道を公転し、大きな潮汐力を受けていた。この潮汐力は、融けた月を、長軸が地球の方角を向く楕円体に変形させた。
月の地質の進化における最初の大きな出来事は、マグマの海の結晶化であった。マグマの海の深さは明らかではないが、いくつかの研究では、500kmかそれ以上であったことが示唆されている。この海で晶出した最初の鉱物は鉄とマグネシウムのケイ酸塩であるカンラン石と輝石である。これらは、周囲の融けた物質よりも密度が大きいために下部へ沈降した。結晶化が約75%進んだ後、より密度の小さい斜長石や長石が結晶化して漂うようになり、厚さ約50kmの地殻を形成した。その後、約1億年以内の間で、マグマの海の大部分が急速に結晶化し、最後に残ったKREEP(カリウム、希土類元素、リン)に富むマグマが、その後の数億年もの間、部分的に融けた状態で残った。このKREEPに富むマグマは、最終的に嵐の大洋と雨の海に集まったと考えられている。
月の地殻の形成直後あるいはその形成途中に、別の種類のマグマから、富マグネシウム(Mg-suite)ノーライトやトロクトライトが形成された。
一列の塊が衝突して谷が形成されることもある。これらは、衝突体が衝突に先立って分裂したために生じるクレーター線(カテナ)とは区別される。
一般的には、月のクレーターはおおよそ丸い形をしている。エイムズ研究センターで行われた実験では、非常に低角度の衝突であっても、丸いクレーターが形成され、衝突角度が5°を下回ると楕円形のクレーターができる始めることが示された。しかし、低角度の衝突では、頂が中央からずれた位置にできることがあった。さらに、斜めの衝突からの放出物は、衝突角度の違いによって特有の模様を描き、約60°から非対称になり始め、約45°からはくさび型に放出物が堆積しない領域ができることが分かっている。
表面下から低いアルベドの物質が掘り出された時は、ダークハロクレーターが形成され、その後、この暗い噴出物はクレーターの周りに堆積する。海等の、基盤岩が暗い玄武岩質岩石となっている地域ではこのような現象が起き、後に高地の衝突からの明るい噴出物で覆われる。これによって暗い物質は再び地中に隠される。
非常に大きな衝突では、シート状の溶融物が形成され、地表の一部を1kmもの厚さで覆う。このような衝突の例は、東の海の北東側で見られる。