Лунная поверхность состоит преимущественно из базальтовых лавовых потоков и анортозитовых пород. Базальты формируют так называемые лунные моря — гладкие, темные участки видимой поверхности, в то время как анортозиты составляют более светлые высокогорья. Основными минералами являются:
Химический состав лунных пород отличается от земных аналогов повышенным содержанием оксидов кальция (CaO) и алюминия (Al₂O₃), и относительно низким содержанием воды и летучих элементов, что отражает специфические условия формирования в безатмосферной среде.
Лунные образцы характеризуются высокой однородностью изотопного состава кислорода, близкой к земной. Это наблюдение подтверждает гипотезу о схожем происхождении Земли и Луны. Изотопы титана и магния демонстрируют низкую изменчивость, указывая на интенсивное перемешивание силикатного вещества на ранней стадии формирования Луны.
Лунная поверхность делится на две крупные геохимические провинции:
Эти различия важны для понимания термической эволюции Луны и распределения радиогенных элементов, таких как Уран, Торий и Калий, которые концентрируются в так называемых KREEP-поясах (K: калий, REE: редкоземельные элементы, P: фосфор).
Современная теория образования Луны основывается на гигантском импакте. Согласно этой модели, протопланета размером с Марс столкнулась с ранней Землёй, выбросив большое количество вещества в околоземную орбиту. Из этого материала сформировался лунный диск, который постепенно аккрецировал в Луну. Основные геохимические свидетельства включают:
Эта модель объясняет также различие между лунными морями и высокогорьями: базальтовые моря сформировались позднее из частично расплавленной мантии, тогда как анортозитовые высокогорья представляют собой остатки первоначальной коры.
Лунная корка подвергается постоянной бомбардировке микрометеоритами, что приводит к формированию реголита — рыхлого слоя пыли и дроблёных пород. Этот слой насыщен оксидами кремния, алюминия и железа, а также содержит следы солнечного ветра, включая изотопы водорода, гелия и неона. Реголит служит важным архивом космических процессов, включая космическое облучение и динамику метеоритного потока в околоземной орбите.
До недавнего времени считалось, что Луна практически лишена воды. Однако спектрометрические данные указывают на присутствие гидроксильных и водных молекул, преимущественно в виде включений в минералах базальтовых лав. Концентрация водорода в среднем составляет несколько сотен ppm, а локально достигает тысяч ppm, что связано с солнечным ветром и вулканической дегазацией в ранние эпохи.
Луна демонстрирует уникальный химический профиль: бедность летучих элементов, богатство кальция и алюминия, изотопное сходство с Землёй и дифференциацию по регионам. Эти особенности позволяют реконструировать первые стадии аккреции и термической эволюции Луны, а также влияют на современные задачи космической геохимии, включая поиск ресурсов для освоения околоземного пространства.