L’anno scorso, gli scienziati hanno dato un’altra occhiata ai dati sismici raccolti dagli esperimenti dell’era Apollo e hanno scoperto che il mantello inferiore della Luna, la parte vicino al confine tra nucleo e mantello, è parzialmente fuso (ad esempio, Apollo Data Retooled Retooled to provide Precise Readings on Moon’s Core, Universe Today, 6 gennaio 2011). Le loro scoperte suggeriscono che i 150 km più bassi del mantello contengono ovunque dal 5 al 30% di liquido fuso. Sulla Terra, questo sarebbe abbastanza fuso per separarsi dal solido, risalire ed eruttare in superficie. Sappiamo che la Luna ha avuto vulcanismo in passato. Allora, perché questa fusione lunare non erutta oggi in superficie? Nuovi studi sperimentali su campioni lunari simulati potrebbero fornire le risposte.
Si sospetta che gli attuali magmi lunari siano troppo densi, rispetto alle rocce circostanti, per salire in superficie. Proprio come l’olio sull’acqua, i magmi meno densi sono galleggianti e saliranno sopra la roccia solida. Ma, se il magma è troppo denso, rimarrà dove si trova, o addirittura affonderà.
Motivato da questa possibilità, un team internazionale di scienziati, guidato da Mirjam van Kan Parker della VU University Amsterdam, ha studiato il carattere dei magmi lunari. I loro risultati, che sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Nature Geoscience, mostrano che i magmi lunari hanno una gamma di densità che dipendono dalla loro composizione.
Ms van Kan Parker e il suo team hanno spremuto e riscaldato campioni di magma fuso e poi hanno usato tecniche di assorbimento dei raggi X per determinare la densità del materiale in una gamma di pressioni e temperature. I loro studi hanno usato materiali lunari simulati, poiché i campioni lunari sono considerati troppo preziosi per un’analisi così distruttiva. I loro simulanti hanno modellato la composizione dei vetri vulcanici verdi dell’Apollo 15 (che hanno un contenuto di titanio dello 0,23% in peso) e dei vetri vulcanici neri dell’Apollo 14 (che hanno un contenuto di titanio del 16,4% in peso).
Campioni di questi simulanti sono stati sottoposti a pressioni fino a 1,7 GPa (la pressione atmosferica, sulla superficie della Terra, è 101 kPa, o 20.000 volte inferiore a quella raggiunta in questi esperimenti). Tuttavia, le pressioni nell’interno lunare sono ancora maggiori, superando i 4,5 GPa. Così, i calcoli al computer sono stati condotti per estrapolare dai risultati sperimentali.
Il lavoro combinato mostra che, alle temperature e alle pressioni che si trovano tipicamente nel mantello lunare inferiore, i magmi a basso contenuto di titanio (vetri verdi Apollo 15) hanno densità inferiori al materiale solido circostante. Questo significa che sono galleggianti, dovrebbero salire in superficie ed eruttare. D’altra parte, i magmi con alto contenuto di titanio (vetri neri dell’Apollo 14) sono stati trovati ad avere densità che sono circa uguali o superiori al materiale solido circostante. Questi non dovrebbero risalire ed eruttare.
Poiché la Luna non ha attività vulcanica attiva, il fuso che si trova attualmente sul fondo del mantello lunare deve avere una densità elevata. E, i risultati della signora van Kan Parker suggeriscono che questa fusione dovrebbe essere fatta di magmi ad alto contenuto di titanio, come quelli che hanno formato i vetri neri dell’Apollo 14.
Questa scoperta è significativa, perché si pensa che i magmi ad alto contenuto di titanio si siano formati da rocce ricche di titanio. Queste rocce rappresentano la feccia rimasta alla base della crosta lunare, dopo che tutti i minerali plagioclasi galleggianti (che compongono la crosta) erano stati schiacciati verso l’alto in un oceano magmatico globale. Essendo dense, queste rocce ricche di titanio sarebbero rapidamente affondate al confine tra nucleo e mantello in un evento di ribaltamento. Un tale ribaltamento era stato addirittura postulato più di 15 anni fa. Ora, questi nuovi eccitanti risultati forniscono un supporto sperimentale a questo modello.
Queste rocce dense e ricche di titanio dovrebbero avere anche molti elementi radioattivi, che tendono ad essere lasciati indietro quando altri elementi sono assorbiti preferibilmente dai cristalli minerali. Il calore radiogeno risultante dal decadimento di questi elementi potrebbe spiegare perché parti del mantello lunare inferiore sono ancora abbastanza calde da essere fuse. La signora van Kan Parker e il suo team ipotizzano inoltre che questo calore radiogenico potrebbe anche contribuire a mantenere il nucleo lunare parzialmente fuso anche oggi!