W ubiegłym roku naukowcy po raz kolejny przyjrzeli się danym sejsmicznym zebranym podczas eksperymentów z epoki Apollo i odkryli, że dolny płaszcz Księżyca, część w pobliżu granicy rdzeń-płaszcz, jest częściowo stopiony (np. Retolowane dane Apollo w celu zapewnienia dokładnych odczytów na Księżycu Core, Space Magazine, 6 stycznia 2011 r.). Ich odkrycia sugerują, że najniższe 150 km płaszcza zawiera od 5 do 30% stopionego płynu. Na Ziemi byłoby to wystarczająco stopione, aby oderwać się od ciała stałego, wznieść się i wybuchnąć na powierzchni. Wiemy, że Księżyc miał wulkanizm w przeszłości. Dlaczego więc ten księżycowy stop nie wybucha dzisiaj na powierzchni? Nowe badania eksperymentalne na symulowanych próbkach Księżyca mogą dostarczyć odpowiedzi.
Podejrzewa się, że obecne magmy księżycowe są zbyt gęste, w porównaniu z otaczającymi je skałami, aby wznieść się na powierzchnię. Podobnie jak olej na wodzie, mniej gęste magmy są pływające i będą przenikać ponad twardą skałę. Ale jeśli magma jest zbyt gęsta, pozostanie tam, gdzie jest, a nawet zatonie.
Zmotywowany tą możliwością międzynarodowy zespół naukowców, kierowany przez Mirjama van Kan Parkera z VU University Amsterdam, badał charakter księżycowych magm. Odkrycia, które niedawno opublikowano w czasopiśmie Nature Nature Geoscience, pokazują, że magmy księżycowe mają szereg gęstości zależnych od ich składu.
Pani Van Kan Parker i jej zespół wycisnęli i podgrzali stopione próbki magmy, a następnie zastosowali techniki absorpcji promieniowania rentgenowskiego, aby określić gęstość materiału w zakresie ciśnień i temperatur. W ich badaniach wykorzystano symulowane materiały księżycowe, ponieważ próbki księżyca są uważane za zbyt cenne dla takiej destrukcyjnej analizy. Ich symulatory modelowały skład zielonych szkieł wulkanicznych Apollo 15 (które mają zawartość tytanu 0,23% wagowych) i czarnych szkieł wulkanicznych Apollo 14 (które mają zawartość tytanu 16,4% wagowych).
Próbki tych płynów modelowych poddano ciśnieniu do 1,7 GPa (ciśnienie atmosferyczne na powierzchni Ziemi wynosi 101 kPa, czyli 20 000 razy mniej niż w tych eksperymentach). Jednak ciśnienia we wnętrzu Księżyca są jeszcze większe, przekraczając 4,5 GPa. Tak więc przeprowadzono obliczenia komputerowe w celu ekstrapolacji z wyników eksperymentalnych.
Połączone prace pokazują, że w temperaturach i ciśnieniach zwykle występujących w dolnym płaszczu księżycowym magmy o niskiej zawartości tytanu (zielone okulary Apollo 15) mają gęstości mniejsze niż otaczający materiał stały. Oznacza to, że są pływające, powinny unieść się na powierzchnię i wybuchnąć. Z drugiej strony stwierdzono, że magmy o wysokiej zawartości tytanu (czarne okulary Apollo 14) mają gęstości, które są w przybliżeniu równe lub większe niż otaczający je materiał stały. Nie oczekuje się, że powstanie i wybuchnie.
Ponieważ Księżyc nie ma aktywnej aktywności wulkanicznej, stop znajdujący się obecnie na dnie płaszcza księżycowego musi mieć dużą gęstość. A wyniki pani Van Kan Parker sugerują, że ten stop powinien być wykonany z wysokiej tytanu magmy, takiej jak te, które tworzyły czarne okulary Apollo 14.
To odkrycie jest znaczące, ponieważ uważa się, że magmy o wysokiej zawartości tytanu powstały z bogatych w tytan skał źródłowych. Te skały reprezentują resztki, które pozostały u podstawy skorupy księżycowej, po tym jak wszystkie prężne minerały plagioklazy (które tworzą skorupę) zostały ściśnięte w górę w globalnym oceanie magmy. Będąc gęstymi, te bogate w tytan skały, szybko przewróciłyby się na granicę płaszcz-rdzeń w przypadku przewrócenia. Taki obalenie postulowano nawet ponad 15 lat temu. Teraz te ekscytujące nowe wyniki zapewniają eksperymentalne wsparcie dla tego modelu.
Oczekuje się, że te gęste skały bogate w tytan będą miały wiele pierwiastków promieniotwórczych, które zwykle pozostają w tyle, gdy inne pierwiastki są preferencyjnie pochłaniane przez kryształy mineralne. Powstałe ciepło radiogeniczne z rozpadu tych pierwiastków może wyjaśnić, dlaczego części dolnego płaszcza księżycowego są nadal wystarczająco gorące, aby mogły zostać stopione. Pani van Kan Parker i jej zespół spekulują dalej, że to promieniowanie cieplne może również pomóc w częściowym stopieniu jądra Księżyca nawet dzisiaj!
Źródła:
Promienie X oświetlają wnętrze księżyca, Science Daily, 19 lutego 2012 r.
Neutralna pływalność stopów bogatych w tytan w głębokim księżycowym wnętrzu, van Kan Parker i in. Nature Geoscience, 19 lutego 2012 r., Doi: 10.1038 / NGEO1402.
