W zeszłym roku naukowcy ponownie przyjrzeli się danym sejsmicznym zebranym przez eksperymenty z ery Apollo i odkryli, że dolny płaszcz Księżyca, część znajdująca się w pobliżu granicy jądro-mat, jest częściowo stopiony (np., Apollo Data Retooled to Provide Precise Readings on Moon’s Core, Universe Today, 6 stycznia 2011). Ich odkrycia sugerują, że najniższe 150 km płaszcza zawiera od 5 do 30% ciekłego stopu. Na Ziemi byłaby to ilość wystarczająca do oddzielenia się od ciała stałego, uniesienia się i wybuchu na powierzchni. Wiemy, że na Księżycu w przeszłości występował wulkanizm. Dlaczego więc księżycowy topik nie wybucha dziś na powierzchni? Nowe badania eksperymentalne na symulowanych próbkach księżycowych mogą dostarczyć odpowiedzi.
Podejrzewa się, że obecne magmy księżycowe są zbyt gęste, w porównaniu do otaczających je skał, aby wznieść się na powierzchnię. Podobnie jak olej na wodzie, mniej gęste magmy są wyporne i będą przesączać się w górę ponad litą skałą. Ale, jeśli magma jest zbyt gęsta, pozostanie tam, gdzie jest, lub nawet zatonie.
Zmotywowany tą możliwością, międzynarodowy zespół naukowców, kierowany przez Mirjam van Kan Parker z Uniwersytetu VU w Amsterdamie, badał charakter księżycowych magm. Ich wyniki, które zostały niedawno opublikowane w czasopiśmie Nature Geoscience, pokazują, że księżycowe magmy mają różne gęstości, które zależą od ich składu.
Ms van Kan Parker i jej zespół wycisnęli i podgrzali stopione próbki magmy, a następnie użyli technik absorpcji promieniowania rentgenowskiego, aby określić gęstość materiału przy różnych ciśnieniach i temperaturach. W swoich badaniach wykorzystali symulowane materiały księżycowe, ponieważ próbki księżycowe są uważane za zbyt cenne dla tak niszczącej analizy. Ich symulanty modelowały skład zielonych szkieł wulkanicznych Apollo 15 (które mają zawartość tytanu 0,23 % wag.) i czarnych szkieł wulkanicznych Apollo 14 (które mają zawartość tytanu 16,4 % wag.).
Próbki tych symulantów poddano ciśnieniu do 1,7 GPa (ciśnienie atmosferyczne, na powierzchni Ziemi, wynosi 101 kPa, czyli 20 000 razy mniej niż osiągnięto w tych eksperymentach). Ciśnienia we wnętrzu Księżyca są jednak jeszcze większe, przekraczają 4,5 GPa. Przeprowadzono więc obliczenia komputerowe, aby ekstrapolować z wyników eksperymentalnych.
Połączone prace pokazują, że w temperaturach i ciśnieniach typowo występujących w dolnym płaszczu księżycowym, magmy o niskiej zawartości tytanu (zielone szkła Apollo 15) mają gęstości mniejsze niż otaczający je materiał stały. Oznacza to, że są one wyporne, powinny wynurzyć się na powierzchnię i wybuchnąć. Z drugiej strony, magmy o wysokiej zawartości tytanu (czarne szkła Apollo 14) mają gęstość równą lub większą od otaczającego je materiału stałego. Nie należałoby się spodziewać, że wzrosną one i wybuchną.
Ponieważ na Księżycu nie ma aktywnej działalności wulkanicznej, stopiony materiał znajdujący się obecnie na dnie płaszcza księżycowego musi mieć wysoką gęstość. A wyniki pani van Kan Parker sugerują, że ten topik powinien być wykonany z magm o wysokiej zawartości tytanu, takich jak te, które utworzyły czarne szkła Apollo 14.
To odkrycie jest znaczące, ponieważ uważa się, że magmy o wysokiej zawartości tytanu powstały z bogatych w tytan skał źródłowych. Skały te reprezentują resztki, które pozostały u podstawy skorupy księżycowej, po tym jak wszystkie wyporne minerały plagioklazowe (które tworzą skorupę) zostały wyciśnięte do góry w globalnym oceanie magmy. Te bogate w tytan skały, będąc gęstymi, szybko opadłyby na granicę jądro-mantyl w wyniku przewrócenia. Takie przewrócenie było nawet postulowane ponad 15 lat temu. Teraz, te ekscytujące nowe wyniki dostarczają eksperymentalnego wsparcia dla tego modelu.
Te gęste, bogate w tytan skały mają również zawierać dużo pierwiastków radioaktywnych, które mają tendencję do pozostawania w tyle, gdy inne pierwiastki są preferencyjnie pobierane przez kryształy mineralne. Powstające ciepło radiogeniczne z rozpadu tych pierwiastków może wyjaśnić, dlaczego części dolnego płaszcza księżycowego są nadal wystarczająco gorące, by być stopione. Pani van Kan Parker i jej zespół spekulują dalej, że to ciepło radiogeniczne może być również pomocne w utrzymaniu częściowo stopionego jądra księżycowego nawet dzisiaj!
.