Viime vuonna tiedemiehet tarkastelivat uudelleen Apollo-kauden kokeilla kerättyjä seismisiä tietoja ja havaitsivat, että Kuun alempi vaippa, se osa lähellä ytimen ja vaipan rajaa, on osittain sulaa (esim. Apollo Data Retooled to Provide Precise Readings on Moon’s Core, Universe Today, 6.1.2011). Heidän havaintojensa mukaan vaipan alimmat 150 kilometriä sisältävät 5-30 prosenttia nestemäistä sulaa. Maassa tämä olisi niin paljon sulaa, että se voisi erottua kiinteästä aineesta, nousta ylös ja purkautua pinnalla. Tiedämme, että Kuussa on ollut vulkanismia menneisyydessä. Miksi tämä kuun sula ei siis purkaudu pinnalla nykyään? Uudet kokeelliset tutkimukset simuloiduilla kuunäytteillä saattavat antaa vastauksia.
Epäillään, että nykyiset kuun magmat ovat ympäröiviin kivilajeihin verrattuna liian tiheitä noustakseen pintaan. Aivan kuten öljy vedessä, vähemmän tiheät magmat ovat kelluvia ja imeytyvät ylös kiinteän kallion yläpuolelle. Mutta jos magma on liian tiheä, se pysyy paikallaan tai jopa uppoaa.
Tämän mahdollisuuden innoittamana kansainvälinen tutkijaryhmä, jota johtaa Mirjam van Kan Parker Amsterdamin VU-yliopistosta, on tutkinut kuun magmojen luonnetta. Heidän havaintonsa, jotka julkaistiin äskettäin Nature Geoscience -lehdessä, osoittavat, että kuun magmoilla on erilaisia tiheyksiä, jotka riippuvat niiden koostumuksesta.
Ms van Kan Parker ja hänen ryhmänsä puristivat ja lämmittivät sulaneita magmanäytteitä ja käyttivät sen jälkeen röntgenabsorptiotekniikoita määritelläkseen materiaalin tiheyden eri paineissa ja lämpötiloissa. He käyttivät tutkimuksissaan simuloituja kuun materiaaleja, koska kuunäytteitä pidetään liian arvokkaina tällaiseen tuhoavaan analyysiin. Heidän simulanttinsa mallinsivat Apollo 15:n vihreiden vulkaanisten lasien (joiden titaanipitoisuus on 0,23 painoprosenttia) ja Apollo 14:n mustien vulkaanisten lasien (joiden titaanipitoisuus on 16,4 painoprosenttia) koostumusta.
Näytteitä näistä simulanteista altistettiin jopa 1,7 GPa:n paineille (ilmakehän paine Maan pinnalla on 101 kPa eli 20 000 kertaa pienempi kuin mitä näissä kokeissa saavutettiin). Paineet Kuun sisätiloissa ovat kuitenkin vielä suurempia, yli 4,5 GPa. Niinpä koetulosten ekstrapoloimiseksi tehtiin tietokonelaskelmia.
Yhdistetty työ osoittaa, että Kuun alemmassa vaipassa tyypillisesti esiintyvissä lämpötiloissa ja paineissa magmat, joiden titaanipitoisuus on alhainen (Apollo 15:n vihreät lasit), ovat tiheydeltään pienempiä kuin ympäröivä kiinteä aines. Tämä tarkoittaa, että ne ovat kelluvia, niiden pitäisi nousta pintaan ja purkautua. Toisaalta magmojen, joiden titaanipitoisuus on korkea (Apollo 14:n mustat lasit), todettiin olevan tiheydeltään suunnilleen yhtä suuria tai suurempia kuin ympäröivä kiinteä aines. Näiden ei odotettaisi nousevan ylös ja purkautuvan.
Koska Kuussa ei ole aktiivista vulkaanista toimintaa, Kuun vaipan pohjalla tällä hetkellä sijaitsevan sulan on oltava tiheydeltään suurta. Ja neiti van Kan Parkerin tulokset viittaavat siihen, että tämän sulan pitäisi koostua korkean titaanipitoisuuden omaavista magmoista, kuten ne, jotka muodostivat Apollo 14:n mustat lasit.
Tämä havainto on merkittävä, sillä korkean titaanipitoisuuden omaavien magmojen uskotaan muodostuneen titaanipitoisista lähdekivistä. Nämä kivet edustavat kuun kuoren pohjalle jäänyttä jäännöstä sen jälkeen, kun kaikki kelluvat plagioklaasimineraalit (joista kuori koostuu) oli puristettu ylöspäin globaalissa magmameressä. Koska nämä titaanirikkaat kivet ovat tiiviitä, ne olisivat kaatumistilanteessa vajonneet nopeasti ytimen ja vaipan rajalle. Tällaista kaatumista oli jopa pohdittu yli 15 vuotta sitten. Nyt nämä jännittävät uudet tulokset antavat kokeellista tukea tälle mallille.
Näissä tiheissä, titaanirikkaissa kivissä odotetaan olevan myös paljon radioaktiivisia alkuaineita, joilla on tapana jäädä jäljelle, kun muut alkuaineet imeytyvät ensisijaisesti mineraalikiteisiin. Näiden alkuaineiden hajoamisesta syntyvä radiogeeninen lämpö voisi selittää, miksi osa Kuun alemmasta vaipasta on yhä tarpeeksi kuumaa ollakseen sulaa. Van Kan Parker ja hänen tutkimusryhmänsä arvelevat lisäksi, että tämä radiogeeninen lämpö voisi myös auttaa pitämään Kuun ytimen osittain sulana vielä nykyäänkin!