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| La concentración de torio en la vasta cuenca del Polo Sur - Aitken en el lado farsante lunar revela la distribución de los materiales del manto expulsados violentamente durante el impacto que formó la cuenca. Aquí, la abundancia de torio está representada por una escala de colores del arco iris, con áreas de alto torio mostradas en rojo, con tendencia al púrpura y al gris con abundancias más bajas. Dos cráteres en la región noroeste de la cuenca muestran una abundancia de torio especialmente alta (indicada en rojo en el mapa), lo que sugiere la presencia de abundantes materiales del manto actualmente expuestos en la superficie. Crédito: NASA/LRO/Lunar Prospector/D. Moriarty |
Poco después de su formación, la Luna estaba cubierta por un océano global de roca fundida (magma). Cuando el océano de magma se enfrió y solidificó, los minerales densos se hundieron para formar la capa del manto, mientras que los minerales menos densos flotaron para formar la corteza superficial. Posteriormente, el intenso bombardeo de asteroides y cometas masivos perforó la corteza, expulsando trozos de manto y esparciéndolos por la superficie lunar.
Recientemente, un par de estudios de la NASA identificaron los lugares más probables para encontrar trozos de manto en la superficie, proporcionando un mapa para futuras misiones de retorno de muestras lunares como las del programa Artemis de la NASA. Si se recogen y analizan, estos fragmentos de las profundidades de la Luna pueden proporcionar una mejor comprensión de cómo evolucionaron la Luna, la Tierra y muchos otros mundos del sistema solar.
"Esta es la evaluación más actualizada de la evolución del interior lunar, que sintetiza numerosos desarrollos recientes para pintar una nueva imagen de la historia del manto y de cómo y dónde puede haber estado expuesto en la superficie lunar", dijo Daniel Moriarty, del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA, en Greenbelt, Maryland, y de la Universidad de Maryland, College Park.
Los océanos de magma evolucionan a medida que se enfrían y los materiales densos se hunden mientras los materiales ligeros suben. Se cree que la formación de los océanos de magma y su evolución son procesos comunes entre los planetas rocosos y las lunas de todo nuestro sistema solar y más allá. La Luna de la Tierra es el cuerpo más accesible y mejor conservado para estudiar estos procesos fundamentales.
"Entender estos procesos con más detalle tendrá implicaciones para importantes preguntas de seguimiento: ¿Cómo afecta este calentamiento temprano a la distribución del agua y los gases atmosféricos de un planeta? ¿Se queda el agua en el planeta o se evapora? ¿Cuáles son las implicaciones para la habitabilidad temprana y la génesis de la vida?", añade Moriarty, autor principal de los trabajos, publicados el 3 de agosto en Nature Communications y el 2021 en el Journal of Geophysical Research.
Los grandes objetos rocosos, como los planetas, las lunas y los grandes asteroides, pueden formar océanos de magma con el calor generado a medida que crecen. Nuestro sistema solar se formó a partir de una nube de gas y polvo que colapsó por su propia gravedad. Cuando esto ocurrió, los granos de polvo chocaron entre sí y se pegaron, y con el tiempo este proceso se convirtió en una bola de nieve con conglomerados cada vez más grandes, hasta formar cuerpos del tamaño de asteroides y planetas. Estas colisiones generaron una enorme cantidad de calor. Además, los bloques de construcción de nuestro sistema solar contenían una variedad de elementos radiactivos, que liberaban calor al descomponerse. En los objetos más grandes, ambos procesos pueden liberar suficiente calor para formar océanos de magma.
Sin embargo, los detalles de cómo evolucionan los océanos de magma a medida que se enfrían y cómo se cristalizan los distintos minerales que contienen son inciertos, lo que afecta al aspecto que los científicos creen que pueden tener las rocas del manto y dónde podrían encontrarse en la superficie.
"La conclusión es que la evolución del manto lunar es más complicada de lo que se pensaba en un principio", dijo Moriarty. "Algunos minerales que cristalizan y se hunden pronto son menos densos que los minerales que cristalizan y se hunden más tarde. Esto da lugar a una situación inestable en la que el material ligero que se encuentra cerca del fondo del manto intenta ascender mientras que el material más pesado que se encuentra más cerca de la parte superior desciende. Este proceso, denominado "vuelco gravitacional", no se desarrolla de forma limpia y ordenada, sino que se vuelve desordenado, con mucha mezcla y rezagos inesperados".
El equipo revisó los experimentos de laboratorio más recientes, los análisis de muestras lunares y los modelos geofísicos y geoquímicos para desarrollar su nueva comprensión de cómo evolucionó el manto lunar al enfriarse y solidificarse. Utilizaron este nuevo conocimiento como lente para interpretar las recientes observaciones de la superficie lunar realizadas por las naves espaciales Lunar Prospector y Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA, y el instrumento Moon Mineralogy Mapper de la NASA a bordo de la nave espacial Chandrayaan-I de la India. El equipo generó un mapa de las posibles ubicaciones del manto utilizando los datos del Moon Mineralogy Mapper para evaluar la composición y la abundancia de los minerales, integrados con las observaciones del Lunar Prospector de las abundancias elementales, incluyendo los marcadores del último líquido restante al final de la cristalización del océano de magma lunar, y los datos de imágenes y topografía del Lunar Reconnaissance Orbiter.
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| Esta imagen de LOLA se centra en la cuenca del Polo Sur-Aitken (SPA), la mayor cuenca de impacto de la Luna (diámetro = 2600 km), y una de las mayores cuencas de impacto del Sistema Solar. La distancia desde sus profundidades hasta las cimas de los picos más altos de los alrededores es de más de 15 km, casi el doble de la altura del Monte Everest en la Tierra. SPA es interesante por varias razones. Para empezar, los grandes eventos de impacto pueden remover los materiales superficiales de las áreas locales y llevar el material de debajo de los cráteres de impacto a, o más cerca de, la superficie. Cuanto más grande es el cráter, más profundo es el material que puede quedar expuesto. Dado que SPA es la cuenca de impacto más profunda de la Luna, con más de 8 km de profundidad, los materiales más profundos de la corteza lunar deberían quedar expuestos aquí. De hecho, la corteza inferior de la Luna puede quedar al descubierto en zonas dentro de SPA: algo que no se encuentra en ningún otro lugar de la Luna. Crédito: NASA/Goddard |
Con unas 1.600 millas (unos 2.600 kilómetros) de diámetro, la cuenca del Polo Sur - Aitken es la mayor estructura de impacto confirmada en la Luna, y por tanto está asociada a la mayor profundidad de excavación de todas las cuencas lunares, por lo que es el lugar más probable para encontrar trozos de manto, según el equipo.
Durante años, los científicos han estado desconcertados por una anomalía radiactiva en el cuadrante noroeste del Polo Sur: la cuenca Aitken, en el lado lejano de la Luna. El análisis del equipo demuestra que la composición de esta anomalía coincide con el "lodo" que se forma en el manto superior al final de la cristalización del océano de magma. Debido a que este lodo es muy denso, los científicos han asumido previamente que debería hundirse completamente en el manto inferior al principio de la historia lunar.
"Sin embargo, nuestra comprensión más matizada a partir de modelos y experimentos recientes indica que parte de este lodo queda atrapado en el manto superior, y posteriormente es excavado por esta vasta cuenca de impacto", dijo Moriarty. "Por lo tanto, esta región del noroeste del Polo Sur - Cuenca Aitken es la mejor ubicación para acceder a los materiales del manto excavado que se encuentran actualmente en la superficie lunar. Curiosamente, algunos de estos materiales también pueden estar presentes alrededor de los lugares de aterrizaje propuestos para Artemis y VIPER en torno al Polo Sur lunar."
Fuentes, créditos y referencias:
“The search for lunar mantle rocks exposed on the surface of the Moon” by Daniel P. Moriarty III, Nick Dygert, Sarah N. Valencia, Ryan N. Watkins and Noah E. Petro, 3 August 2021, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-021-24626-3
“Evidence for a Stratified Upper Mantle Preserved Within the South Pole-Aitken Basin” by D. P. Moriarty III, R. N. Watkins, S. N. Valencia, J. D. Kendall, A. J. Evans, N. Dygert and N. E. Petro, January 2021, Journal of Geophysical Research.
DOI: 10.1029/2020JE006589