Caratterizzare la solidificazione del primo oceano di magma della Luna
Probabilmente la Luna una volta era ricoperta di magma, che si è raffreddato e cristallizzato nel materiale roccioso di oggi. Diversi minerali formatisi in fasi diverse hanno formato la crosta lunare, il che spiega le varie rocce trovate sulla superficie. Questi rappresentano indizi sull’evoluzione della Luna, fornendo anche una possibile storia sull’origine dei pianeti in generale. Ciò nonostante, la modellizzazione manca dei vari campioni necessari per un’elevata precisione. Le missioni Apollo (statunitense) e Programma Luna (russa) hanno analizzato soltanto pochi chilometri quadrati e i dati di telerilevamento indicano che questi campioni non sono rappresentativi dell’intera crosta lunare. Il progetto MoonDiff, supportato dal programma Azioni Marie Skłodowska-Curie, è risalito alla solidificazione dell’oceano di magma lunare. «Per la prima volta, abbiamo ottenuto un comportamento di partizionamento delle coppie radiogene per i minerali e le condizioni di pressione e temperatura lunari», afferma il ricercatore principale Joshua Snape, dell’Università VU Amsterdam, che ha ospitato il progetto. Inoltre, nuove analisi dei campioni lunari hanno fornito età più precise per i campioni raccolti durante le missioni Apollo, nonché per alcune delle rocce vulcaniche lunari più antiche conosciute ritrovate all’interno di meteoriti. Tali analisi hanno rifornito una nuova banca dati di composizioni isotopiche del piombo nelle rocce lunari vulcaniche, integrando banche dati precedenti per altri isotopi.
Combinazione di analisi isotopiche con nuovi vincoli sperimentali
MoonDiff ha dovuto capire dove poter reperire diversi elementi nell’oceano di magma lunare. «La Luna fornisce un eccellente laboratorio naturale in cui antiche rocce provenienti dalla prima crosta solida si sono formate dall’oceano di magma e sono sopravvissute sulla superficie», aggiunge Snape. Il team ha confrontato la precedente analisi isotopica con i propri esperimenti. Gli isotopi sono varianti di un elemento chimico. Attraverso il processo di decadimento radioattivo, gli isotopi di un elemento formano gli isotopi di un altro. Ad esempio, attraverso la catena di decadimento l’uranio diventa piombo e quindi si dice che gli elementi sono accoppiati. I ricercatori utilizzano questo processo per determinare l’età e l’origine delle rocce, inviando informazioni per la modellizzazione. Gli esperimenti di MoonDiff hanno prodotto polveri di ossidi chimici, per ottenere una composizione simile all’oceano di magma lunare. In seguito sono state aggiunte le principali tracce degli elementi in esame: uranio (U), piombo (Pb), rubidio (Rb), stronzio (Sr), samario (Sm), neodimio (Nd), lutezio (Lu) e afnio (Hf). Dopo essere stati sciolti in un bicchiere e poi frantumati in una polvere fine, una pressa a pistone ha riscaldato la miscela a 1 000-1 300 gradi Celsius e l’ha spremuta a pressioni di 1-2 gigapascal (10 000-20 000 atmosfere), simulando l’interno della Luna. Questo ha formato cristalli degli stessi minerali che si sarebbero formati nella giovane Luna. I cristalli sono stati misurati per diversi microelementi, quantificando il cosiddetto comportamento di partizionamento della struttura cristallina del minerale. I risultati sono stati inseriti all’interno di modelli che specificavano le proporzioni di diversi minerali formatisi probabilmente in diversi stadi di cristallizzazione del magma. Ciò ha limitato i rapporti di elementi accoppiati che si sarebbero verificati in diverse posizioni lunari. Questi sono stati confrontati con i calcoli delle misurazioni effettive del campione. Sebbene le misurazioni del campione dei rapporti Rb/Sr e Sm/Nd possano essere ricreate, i rapporti U/Pb rimangono più difficili da replicare. I campioni naturali indicano che i rapporti U/Pb sarebbero stati molto più alti di qualsiasi cosa generata sperimentalmente o in grado di adattarsi a modelli recenti. «La Luna potrebbe essere molto più giovane, circa 4,4 miliardi di anni, di quanto si pensasse originariamente. Oppure, nel caso sia più vecchia (circa 4,5 miliardi di anni), grandi quantità di piombo sarebbero state portate nel nucleo lunare o perse nello spazio in seguito al bombardamento di asteroidi e comete», spiega Snape. Il gruppo ora analizzerà in che modo questi bombardamenti potrebbero spiegare tali anomalie.
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