Förra året tog forskare en ny titt på de seismiska data som samlades in av experiment från Apollo-eran och upptäckte att månens nedre mantel, den del som ligger nära gränsen mellan kärnan och manteln, delvis är smält (t.ex. Apollo Data Retooled to Provide Precise Readings on Moon’s Core, Universe Today, 6 jan. 2011). Deras resultat tyder på att de nedersta 150 km av manteln innehåller mellan 5 och 30 % flytande smälta. På jorden skulle detta vara tillräckligt mycket smälta för att den ska kunna separera från fast substans, stiga upp och bryta ut på ytan. Vi vet att det tidigare förekom vulkanism på månen. Så varför bryter inte denna månsmälta ut på ytan i dag? Nya experimentella studier på simulerade månprover kan ge svaren.
Det misstänks att den nuvarande magman på månen är för tät, i jämförelse med de omgivande stenarna, för att stiga upp till ytan. Precis som olja på vatten är mindre täta magmas flytande och kommer att sippra upp ovanför den fasta berggrunden. Men om magman är för tät kommer den att stanna där den är, eller till och med sjunka.
Med anledning av denna möjlighet har ett internationellt forskarlag under ledning av Mirjam van Kan Parker från VU-universitetet i Amsterdam studerat karaktären hos månens magma. Deras resultat, som nyligen publicerades i tidskriften Nature Geoscience, visar att magma från månen har en rad olika densiteter som är beroende av deras sammansättning.
Min van Kan Parker och hennes team pressade och värmde upp smälta prover av magma och använde sig sedan av röntgenabsorptionstekniker för att bestämma materialets densitet vid en rad olika tryck och temperaturer. I sina studier använde de simulerade månmaterial, eftersom månprover anses vara för värdefulla för sådana destruktiva analyser. Deras simulanter modellerade sammansättningen av Apollo 15:s gröna vulkaniska glas (som har en titanhalt på 0,23 viktprocent) och Apollo 14:s svarta vulkaniska glas (som har en titanhalt på 16,4 viktprocent).
Prover av dessa simulanter utsattes för tryck på upp till 1,7 GPa (det atmosfäriska trycket, på jordens yta, är 101 kPa, eller 20 000 gånger mindre än vad som uppnåddes i dessa experiment). Trycket i månens inre är dock ännu högre och överstiger 4,5 GPa. Därför genomfördes datorberäkningar för att extrapolera från de experimentella resultaten.
Det kombinerade arbetet visar att vid de temperaturer och tryck som vanligtvis återfinns i månens nedre mantel har magma med låga titanhalter (Apollo 15 gröna glaskulor) en densitet som är lägre än det omgivande fasta materialet. Detta innebär att de är bärande, borde stiga upp till ytan och gå i utbrott. Å andra sidan har magma med hög titanhalt (Apollo 14 svarta glas) visat sig ha en densitet som är ungefär lika stor eller större än det omgivande fasta materialet. Dessa skulle inte förväntas stiga upp och gå i utbrott.
Då månen inte har någon aktiv vulkanisk aktivitet måste den smälta som för närvarande befinner sig i botten av månmanteln ha en hög densitet. Och van Kan Parkers resultat tyder på att denna smälta bör bestå av magma med hög titanhalt, som den som bildade de svarta glasen från Apollo 14.
Detta fynd är betydelsefullt eftersom magma med hög titanhalt tros ha bildats från titanrika urbergarter. Dessa bergarter representerar den avlagring som lämnades kvar vid basen av månskorpan, efter att alla de bärande plagioklasmineralerna (som utgör skorpan) hade pressats uppåt i ett globalt magmaocean. Eftersom dessa titanrika stenar är täta skulle de snabbt ha sjunkit ner till gränsen mellan kärna och mantel vid en omvälvning. En sådan omvälvning hade till och med postulerats för över 15 år sedan. Nu ger dessa spännande nya resultat experimentellt stöd för denna modell.
Dessa täta, titanrika bergarter förväntas också innehålla många radioaktiva grundämnen, som tenderar att bli kvar när andra grundämnen företrädesvis tas upp av mineralkristaller. Den resulterande radiogena värmen från sönderfallet av dessa element skulle kunna förklara varför delar av månens nedre mantel fortfarande är tillräckligt varma för att vara smälta. Van Kan Parker och hennes team spekulerar vidare i att denna radiogena värme också kan bidra till att hålla månens kärna delvis smält även i dag!