Sono passati più di 50 anni dalle missioni Apollo, e in quel momento, le analisi chimiche dei materiali lunari recuperati hanno rivoluzionato la nostra comprensione dei materiali planetari. Uno dei principali risultati di questa ricerca è il riconoscimento che la luna è eccezionalmente impoverita di particolari elementi volatili, e che queste rocce lunari mostrano anche grandi anomalie chimiche diverse da qualsiasi cosa vista sulla Terra.

In una nuova ricerca firmata dallo studente laureato dell'Università del New Mexico Tony Gargano e dagli scienziati del Center for Stable Isotopes dell'UNM, in collaborazione con scienziati del Johnson Space Center della NASA, i ricercatori si sono concentrati sulle analisi chimiche degli alogeni, o gli elementi altamente reattivi F, Cl, Br, e io (fluoro, cloro, bromo, e iodio). Hanno scoperto che i materiali lunari sono eccezionalmente impoveriti di questi elementi, con quantità insolitamente elevate della forma pesante (isotopo stabile) del cloro, che spiegano come risultato dell'impatto gigante che ha formato la luna. Lo studio di questi elementi volatili e dei sistemi isotopici aiuta gli scienziati a comprendere meglio l'evoluzione chimica dei pianeti. Il rapporto è pubblicato oggi nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze ( PNAS ), intitolato "Composizione isotopica di cloro e contenuto di alogeni di campioni di ritorno Apollo".

Gargano dice, "Quando cerchiamo di capire come si formano i pianeti e come la vita può essere sostenuta su di essi, ci interessa conservare alcuni elementi necessari alla vita come l'idrogeno, o acqua, ma sappiamo anche che dobbiamo perderne alcuni come il Cl che può essere tossico per la vita ad alte concentrazioni. La luna è un caso di studio su come gli elementi volatili vengono elaborati durante l'evoluzione planetaria:abbiamo un'abbondante serie di campioni di rocce raccolti dagli astronauti durante le missioni Apollo che ci permettono di testare queste idee e questi processi".

Professor Zachary Sharp, presso il Dipartimento di Scienze della Terra e del Pianeta UNM, e consigliere del Gargano, dice, "La composizione isotopica del cloro di queste rocce è diversa da qualsiasi cosa abbiamo mai visto, ed è importante scoprire come questi elementi si perdono nel tempo".

Inoltre, Gargano è stato insignito di una borsa di studio per laureati della NASA e ha trascorso del tempo al Johnson Space Center della NASA con lo scienziato planetario Justin Simon conducendo ulteriori analisi utilizzando la strumentazione nel Center for Isotope Cosmochemistry &Geochronology Lab (CICG) della NASA, un laboratorio che misura un'ampia varietà di elementi e i loro isotopi per comprendere l'origine del sistema solare, i processi che hanno trasformato polveri e gas nebulari negli elementi costitutivi dei pianeti, e la formazione dei pianeti.

Il team dell'UNM e della NASA ha sviluppato insieme un metodo per analizzare il contenuto di tracce di alogeni nei materiali planetari e ha misurato la quantità di fluoro, cloro, bromo e iodio all'interno di campioni lunari. Nello specifico, hanno analizzato le rocce lunari conosciute come basalti di mare e le anortositi ferrose. Hanno scoperto che queste rocce hanno contenuti di alogeni molto bassi insieme a quantità insolitamente elevate dell'isotopo pesante del cloro.

I ricercatori spiegano che l'impatto gigante che ha formato la luna ha portato alla violenta espulsione di Cl e altri alogeni che hanno contribuito alla chimica unica delle rocce dalla luna. Gargano spiega il significato di questo lavoro:"Sappiamo che la quantità di cloro persa da un pianeta durante la sua storia di formazione si riflette nella composizione dell'isotopo Cl delle rocce di quel corpo. In definitiva, tutto è partito dagli stessi materiali originali presenti all'inizio del sistema solare, ma pianeti diversi hanno subito diverse evoluzioni chimiche che si traducono in diverse composizioni chimiche che possiamo misurare oggi".

Consiglieri del Gargano, oltre a Sharp, includere Charles Shearer nell'Institute for Meteoritics, che furono entrambi i primi a misurare gli isotopi del cloro nelle rocce lunari. Gargano et al. hanno ampliato questa ricerca pionieristica.

"Abbiamo utilizzato uno spettrometro di massa nel nostro laboratorio presso il Center for Stable Isotopes dell'UNM per effettuare queste misurazioni dei campioni lunari raccolti dagli astronauti dell'Apollo, " ha detto Gargano. "Il fatto importante è che abbiamo usato una serie di rocce chiamate anortositi ferrose che sono alcune delle rocce più antiche che abbiamo che registrano le prime fasi dell'evoluzione della luna. Queste rocce, che sono la parte bianca della luna che puoi vedere dalla Terra, non contengono il minerale apatite, che è in gran parte ciò che è stato misurato dal primo lavoro di Sharp nel 2010."

Gli autori hanno anche scoperto che l'apatite lunare (un minerale con elevate quantità di cloro) ha valori di isotopi di cloro molto più alti rispetto all'intera roccia sfusa. Sharp spiega questo significato:"Molti scienziati si sono concentrati in precedenza sulle misurazioni in situ dell'apatite a cristallizzazione tardiva a causa della facilità di analisi e le misurazioni degli isotopi di cloro di roccia sfusa sono limitate, con pochi confronti con le misurazioni in situ eseguite sull'apatite."

"Queste misurazioni di isotopi di cloro sfusi sono difficili e sono state eseguite solo da Zach e io su materiali lunari, "dice Gargano.

"La parte affascinante erano i dati isotopici e ciò che ci dicevano su come la luna si devolatizza e si raffredda, " aggiunge Sharp. "Sappiamo che è il risultato del gigantesco impatto tra la proto-Terra e la luna che ha causato un trasferimento di massa durante quell'evento. Sono dati molto insoliti e fanno sorgere la domanda:perché accade sulla luna e non sulla Terra?"