Viime vuonna tutkijat tarkastelivat jälleen Apollo-aikakauden kokeiden keräämiä seismisiä tietoja ja havaitsivat, että Kuun alempi vaippa, ydin-vaipan rajan lähellä oleva osa, on osittain sulaa (esim. Apollo Data Retooled tarjota tarkkoja lukemia Kuun Core, Space Magazine, 6. tammikuuta 2011). Tulokset viittaavat siihen, että vaipan matalammalla 150 km: n matkalla on missä tahansa 5 - 30% nestemäistä sulaa. Maapallolla tämä olisi tarpeeksi sulaa, jotta se erottuu kiinteästä aineesta, nousee ylös ja purkautuu pinnalla. Tiedämme, että Kuulla oli aikaisemmin vulkanismia. Joten miksi tämä kuunsula ei purkaudu pintaan tänään? Uudet kokeelliset tutkimukset simuloiduista kuunäytteistä voivat antaa vastauksia.
Voidaan epäillä, että nykyiset kuun magmat ovat liian tiheät ympäröiviin kiviin verrattuna, jotta ne nousevat pintaan. Aivan kuten öljy vedessä, vähemmän tiheät magmat ovat kelluvia ja sulaavat kiinteän kivin yläpuolelle. Mutta jos magma on liian tiheä, se pysyy siellä missä se on tai jopa uppoaa.
Tämän mahdollisuuden motivoituna kansainvälinen tutkijaryhmä, jota johtaa Mirjam van Kan Parker Amsterdamin VU-yliopistosta, on tutkinut kuun magmien luonnetta. Heidän löytönsä, jotka julkaistiin äskettäin lehdessä Nature Nature Geoscience, osoittavat, että kuun magmailla on joukko tiheyksiä, jotka ovat riippuvaisia niiden koostumuksesta.
Van Kan Parker ja hänen tiiminsä puristivat ja lämmittivät sulanäytteitä magmasta ja käyttivät sitten röntgen-absorptiotekniikoita materiaalin tiheyden määrittämiseksi paineiden ja lämpötilojen välillä. Heidän tutkimuksissaan käytettiin simuloituja kuun materiaaleja, koska kuunäytteitä pidetään liian arvokkaina tällaiseen tuhoisaan analyysiin. Niiden simulantit mallitsivat Apollo 15 vihreiden vulkaanisten lasien (joiden titaanipitoisuus on 0,23 painoprosenttia) ja Apollo 14 mustien vulkaanisten lasien (joiden titaanipitoisuus on 16,4 painoprosenttia) koostumusta.
Näiden simulanttien näytteille altistettiin paineita jopa 1,7 GPa (ilmakehän paine maanpinnalla on 101 kPa tai 20 000 kertaa pienempi kuin mitä näissä kokeissa saavutettiin). Kuun sisätilan paineet ovat kuitenkin vielä suuremmat, ylittäen 4,5 GPa. Joten suoritettiin tietokonelaskelmat ekstrapoloimaan kokeelliset tulokset.
Yhdistetty työ osoittaa, että lämpötiloissa ja paineissa, jotka tyypillisesti esiintyvät alakuukauden vaipassa, matalan titaanipitoisuuden omaavien magmien (Apollo 15 vihreät lasit) tiheydet ovat pienemmät kuin ympäröivän kiinteän aineen. Tämä tarkoittaa, että ne ovat kelluvia, niiden tulisi nousta pintaan ja purkautua. Toisaalta korkeilla titaanipitoisuuksilla varustetuilla magmoilla (Apollo 14 mustat lasit) havaittiin olevan tiheyksiä, jotka ovat suunnilleen yhtä suuret tai suurempia kuin niitä ympäröivä kiinteä materiaali. Niiden ei odoteta nousevan ja purkautuvan.
Koska Kuulla ei ole aktiivista vulkaanista aktiivisuutta, kuun vaipan pohjassa tällä hetkellä sijaitsevan sulan on oltava korkea tiheys. Ja jäsen Van Kan Parkerin tulokset viittaavat siihen, että tämän sulan tulisi olla valmistettu korkeista titaani-magmoista, kuten ne, jotka muodostivat Apollo 14 -musta lasin.
Tämä havainto on merkittävä, koska korkeiden titaanimäärien arvellaan muodostuvan titaanipitoisista lähdekiveistä. Nämä kivet edustavat kaivoja, jotka jäivät kuunkuoren juureen sen jälkeen, kun kaikki kelluvat plagioklaasimineraalit (jotka muodostavat kuoren) oli puristettu ylöspäin maailmanlaajuisessa magmameressä. Tiheinä ollessa nämä titaanirikkaat kivit olisivat uppoutuneet nopeasti ydinvaipan rajaan kaatumisen yhteydessä. Tällainen kaatuminen oli jopa oletettu yli 15 vuotta sitten. Nyt nämä jännittävät uudet tulokset tarjoavat kokeellista tukea tälle mallille.
Näillä tiheillä, titaanirikkailla kivillä odotetaan myös olevan paljon radioaktiivisia alkuaineita, jotka yleensä jäävät jäljelle, kun muut alkuaineet mieluummin ottavat mineraalikiteet. Näiden alkuaineiden hajoamisesta johtuva radiogeeninen lämpö voisi selittää miksi alakuukauden vaipan osat ovat edelleen riittävän kuumia sulaa varten. Van Kan Parker ja hänen tiiminsä spekuloivat edelleen, että tämä radiogeeninen lämpö voisi myös auttaa pitämään kuukautisydämen osittain sulattuna myös tänään!
Lähteet:
Röntgenkuvat valaisevat kuun sisätilat, Science Daily, 19. helmikuuta 2012.
Titaanirikas neutraali kelluvuus sulaa syvässä kuun sisemmässä, Van Kan Parker et ai. Nature Geoscience, 19. helmikuuta 2012, doi: 10.1038 / NGEO1402.
