I campioni di roccia vulcanica raccolti durante le missioni Apollo della NASA portano la firma isotopica di eventi chiave nella prima evoluzione della Luna, trovata una nuova analisi. Questi eventi includono la formazione del nucleo di ferro della Luna, così come la cristallizzazione dell'oceano di magma lunare, il mare di roccia fusa che si pensa abbia coperto la Luna per circa 100 milioni di anni dopo la sua formazione.

Le analisi, pubblicato sulla rivista Progressi scientifici , ha utilizzato una tecnica chiamata spettrometria di massa di ioni secondari (SIMS) per studiare i vetri vulcanici restituiti dalle missioni Apollo 15 e 17, che si pensa rappresentino alcuni dei materiali vulcanici più primitivi sulla Luna. Lo studio ha esaminato specificamente la composizione dell'isotopo di zolfo, che può rivelare dettagli sull'evoluzione chimica delle lave di generazione, trasporto ed eruzione.

"Per molti anni è apparso come se i campioni di roccia basaltica lunare analizzati avessero una variazione molto limitata nei rapporti degli isotopi di zolfo, " ha detto Alberto Saal, professore di geologia alla Brown University e coautore dello studio. "Ciò suggerirebbe che l'interno della Luna ha una composizione isotopica di zolfo sostanzialmente omogenea. Ma usando moderne tecniche analitiche in situ, mostriamo che i rapporti isotopici dei vetri vulcanici hanno in realtà una gamma abbastanza ampia, e quelle variazioni possono essere spiegate da eventi all'inizio della storia lunare."

La firma dello zolfo di interesse è il rapporto tra l'isotopo zolfo-34 "pesante" e lo zolfo-32 più leggero. Gli studi iniziali sui campioni vulcanici lunari hanno scoperto che si tendevano uniformemente verso il più pesante zolfo-34. Il rapporto isotopico dello zolfo quasi omogeneo era in contrasto con grandi variazioni in altri elementi e isotopi rilevati nei campioni lunari.

Questo nuovo studio ha esaminato 67 campioni individuali di vetro vulcanico e le loro inclusioni di fusione:minuscole macchie di lava fusa intrappolate all'interno di cristalli all'interno del vetro. Le inclusioni di fusione catturano la lava prima che lo zolfo e altri elementi volatili vengano rilasciati come gas durante l'eruzione, un processo chiamato degasaggio. Come tale, offrono un'immagine incontaminata di com'era la lava di origine originale. Utilizzando il SIMS presso il Carnegie Institution for Science, Saal con il suo collega, il compianto scienziato della Carnegie Eric Hauri, sono stati in grado di misurare gli isotopi di zolfo in queste inclusioni e vetri fusi incontaminati, e utilizzare questi risultati per calibrare un modello del processo di degasaggio per tutti i campioni.

"Una volta che conosciamo il degasaggio, quindi possiamo stimare la composizione isotopica dello zolfo originale delle sorgenti che hanno prodotto queste lave, " ha detto Saal.

Questi calcoli hanno rivelato che le lave erano state derivate da diversi serbatoi all'interno della Luna con un'ampia gamma di rapporti isotopici di zolfo. I ricercatori hanno quindi dimostrato che l'intervallo di valori rilevati nei campioni potrebbe essere spiegato da eventi nella prima storia della Luna.

Il rapporto isotopico più leggero in alcuni dei vetri vulcanici, Per esempio, è coerente con la segregazione del nucleo di ferro dalla prima Luna fusa. Quando un nucleo di ferro si separa da altro materiale in un corpo planetario, ci vuole un po' di zolfo con esso. Lo zolfo che viene preso tende ad essere l'isotopo più pesante dello zolfo-34, lasciando il magma rimanente arricchito nel più leggero zolfo-32.

"I valori che vediamo in alcuni dei vetri vulcanici sono pienamente coerenti con i modelli del processo di segregazione del nucleo, " ha detto Saal.

I valori isotopici più pesanti possono essere spiegati dall'ulteriore raffreddamento e cristallizzazione della prima Luna fusa. Il processo di cristallizzazione rimuove lo zolfo dal pool di magma, producendo serbatoi solidi con zolfo-34 più pesante. Quel processo è la probabile fonte dei valori isotopici più pesanti trovati in alcuni dei vetri vulcanici e delle rocce basaltiche restituite dalla Luna.

"I nostri risultati suggeriscono che questi campioni registrano questi eventi critici nella storia lunare, " Ha detto Saal. "Mentre continuiamo a guardare questi campioni con tecniche nuove e migliori, continuiamo a imparare cose nuove".

È necessario fare più lavoro e analizzare più campioni per comprendere appieno la composizione isotopica dello zolfo della Luna, dice Saal. Ma questi nuovi risultati aiutano a chiarire questioni di vecchia data sulla composizione dell'interno della Luna, e portano gli scienziati un passo più vicini alla comprensione della formazione e della storia antica della Luna.