Gli astronauti delle missioni Apollo riportarono sulla Terra alcuni campioni dei mari lunari, le zone chiare sulla superficie del nostro satellite. Gli altopiani sono costituiti da una roccia relativamente leggera chiamata anortosite, che si è formata all'inizio della storia della Luna, tra 4,3 e 4,5 miliardi di anni fa. L'anortosite è una roccia magmatica intrusiva presente anche sul nostro pianeta, composta quasi interamente da feldspato plagioclasico, principalmente anortite sulla Luna, un silicato di calcio e alluminio. Secondo la teoria, sul nostro satellite la cristallizzazione frazionata rimuoveva i minerali di anortite dal magma mentre si formavano, con i cristalli più chiari che salivano in superficie a formare le "alte terre". Ma i conti non tornano.
Proprio a causa dell'incertezza attorno alla sua formazione sul nostro satellite, questa roccia affascina particolarmente i geologi. Ora, un nuovo studio, potrebbe aver risolto l'enigma.
Quando il protopianeta delle dimensioni di Marte, noto come Theia, si scontrò con la giovane Terra, si formò la Luna che, dopo la collisione, si scaldò così tanto da fondere il mantello in quello che viene chiamato "oceano di magma".
Quando gli scienziati hanno studiato i campioni dell'Apollo 11 dagli altopiani lunari, le prove sembravano confermare che le anortositi si fossero formate per cristallizzazione frazionata.
"Fin dall'era Apollo, si pensava che la crosta lunare fosse formata da cristalli di anortite leggeri che galleggiavano sulla superficie dell'oceano di magma liquido, con cristalli più pesanti che si solidificavano sul fondo dell'oceano", ha affermato la coautrice Chloé Michaut dell'Ecole normale supérieure di Lione. "Questo modello di 'flottazione' spiega come potrebbero essersi formate le alte terre lunari". Tuttavia, è una conclusione che si basa solo sui campioni dell'Apollo 11, mentre ora i ricercatori hanno più strumenti e prove a disposizione.
L'analisi dei meteoriti lunari e un'analisi più approfondita della superficie del nostro satellite contraddicono la precedente teoria.
Le anortosite lunari sembrano essere più eterogenee invece che altamente frazionate. Le anortiti sono diffuse in tutta la roccia ma sono particolarmente concentrate in superficie. Questi risultati suggeriscono che la nostra comprensione dell'oceano di magma lunare non è completa.
Questa figura mostra il vecchio modello di formazione della crosta anortosite sulla Luna.
Crediti immagine: di Titoxd su Wikipedia in lingua inglese, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=19535063
Storia da riscrivere
Questa ricerca spiega la discrepanza tra l'età delle anortositi e il tempo impiegato dall'oceano di magma per solidificarsi.
Piuttosto che impiegare 100 milioni di anni per raffreddarsi, l'oceano di magma era una miscela fangosa che impiegò oltre 200 milioni di anni per raffreddarsi, un'età che corrisponde a quella delle anortosite negli altopiani lunari.
Uno degli indizi è proprio la disparita tra l'età nelle anortositi e il tempo ha impiegato dall'oceano di magma per raffreddarsi.
Gli anortositi hanno più di 200 milioni di anni ma l'oceano si è solidificato in circa 100 milioni di anni.
"Data la gamma di età e composizione delle anortosite sulla Luna e ciò che sappiamo su come i cristalli si depositano nel magma in solidificazione, la crosta lunare deve essersi formata attraverso qualche altro meccanismo", ha affermato il coautore, il professor Jerome Neufeld del Dipartimento di Cambridge di Cambridge Matematica Applicata e Fisica Teorica.
Michaut e Neufeld hanno quindi sviluppato un modello matematico.
Le simulazioni hanno mostrato che è difficile per i cristalli più pesanti depositarsi sul fondo alla gravità lunare e anche le correnti convettive nell'oceano di magma scoraggiano l'accumulo.
Il team ha scoperto che l'oceano potrebbe aver formato una specie di liquame, in cui i cristalli rimasero sospesi piuttosto che depositarsi o sollevarsi e che esiste una soglia critica. Quando il contenuto di cristalli nell'impasto liquido è al di sopra di questa soglia, l'impasto liquido diventa più viscoso e la deformazione rallenta.
Nel loro articolo, gli autori affermano che "quando si raggiunge questa frazione critica di cristalli, la viscosità della miscela aumenta notevolmente, il che può comportare uno stadio oceanico di magma pastoso prolungato".
In questo scenario, la superficie dell'impasto liquido si raffredda più velocemente dell'interno. Il risultato è la crosta ricca di anortite che vediamo negli altopiani lunari e un interno ben mescolato e fangoso.
"Crediamo che sia in questo 'coperchio' stagnante che si è formata la crosta lunare, mentre un fuso leggero e arricchito di anortite filtrava dall'impasto cristallino convettivo sottostante", ha affermato Neufeld.
Inoltre, secondo gli autori, "le rocce della superficie lunare arricchite, probabilmente si sono formate in camere magmatiche all'interno del coperchio, il che spiega la loro diversità".
Nuovo modello di formazione degli altipiani sulla Luna con crosta eutettica, coperchio stagnante con segregazione fusa e mantello fangoso convettivo.
Crediti: Michaut and Neufeld, 2022.
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