Het lijkt erop dat onze maan vredig aan de nachtelijke hemel schijnt, maar miljarden jaren geleden heeft vulkanische onrust haar een facelift gegeven.
Eén vraag die tientallen jaren onbeantwoord is gebleven, is waarom er aan de nabije kant meer titaniumrijke vulkanische gesteenten, zoals ilmeniet, voorkomen dan aan de andere kant. Nu komt een team van onderzoekers van het Arizona Lunar and Planetary Laboratory met een mogelijke verklaring hiervoor.
Het oppervlak van de maan werd ooit overspoeld door een borrelende magma-oceaan, en nadat de magma-oceaan was gestold, was er een enorme impact aan de andere kant. De hitte van deze inslag verspreidde zich naar de dichtstbijzijnde kant en maakte de korst onstabiel, waardoor lagen van zwaardere en dichtere mineralen op het oppervlak geleidelijk diep in de mantel wegzonken. Ze smolten weer en werden door vulkanen uitgebarsten. De lava van deze uitbarstingen (waarvan er meer aan de dichtstbijzijnde kant plaatsvonden) kwam terecht in vulkanische gesteentestromen die tegenwoordig rijk zijn aan titanium. Met andere woorden: het oude gezicht van de maan verdween, om vervolgens weer boven water te komen.
Wat ligt eronder
Het gebied van de Maan in kwestie staat bekend als de Procellarum KREEP Terrane (PKT). KREEP staat voor hoge concentraties kalium (K), zeldzame aardelementen (REE) en fosfor (P). Ilmeniet-rijke basalt wordt hier ook gevonden. Er wordt aangenomen dat zowel KREEP als basalt voor het eerst zijn gevormd toen de maan afkoelde uit de magmafase van de oceaan. Maar de regio bleef heet, omdat KREEP ook hoge concentraties radioactief uranium en thorium bevat.
“De PKT-regio vertegenwoordigt de meest vulkanisch actieve regio op de maan als een natuurlijk gevolg van de grote hoeveelheid warmteproducerende elementen”, aldus de onderzoekers in een onderzoek dat onlangs in Nature Geoscience is gepubliceerd.
Waarom ligt deze regio aan de nabije kant en geen KREEP en ilmenietrijke basalt aan de andere kant? Er was één bestaande hypothese die de aandacht van de onderzoekers trok: ze stelde voor dat nadat de magma-oceaan aan de dichtstbijzijnde kant was gestold, de platen van deze KREEP-mineralen te zwaar waren om te blijven drijven. Ze begonnen in de mantel te zinken en naar de grens tussen de mantel en de kern. Men dacht dat deze minerale platen tijdens het zinken sporen van materiaal door de hele mantel hadden achtergelaten.
Als de hypothese juist is, zou dit betekenen dat er sporen van mineralen uit de verharde KREEP-magmakorst zouden moeten zijn in de vorm van platen onder het oppervlak van de maan, die helemaal tot aan de rand van de kern-mantelgrens zouden kunnen reiken.
Hoe zou dit getest kunnen worden? Zwaartekrachtgegevens van de GRAIL-missie (Gravity Recovery and Interior Laboratory) naar de maan kunnen het antwoord bieden. Hierdoor zouden ze zwaartekrachtafwijkingen kunnen detecteren die worden veroorzaakt door de hogere dichtheid van KREEP-gesteente in vergelijking met de omringende materialen.
Het komt naar de oppervlakte
GRAIL-gegevens hebben eerder onthuld dat er een patroon van ondergrondse zwaartekrachtafwijkingen bestaat in de PKT-regio. Dit leek op het patroon dat vulkanisch gesteente naar verwachting zou vormen tijdens het zinken. Daarom besloot het onderzoeksteam een computersimulatie uit te voeren van het zinken van KREEP om te zien hoe goed de hypothese overeenkwam met de bevindingen van GRALA.
Natuurlijk vormde de simulatie uiteindelijk grofweg hetzelfde patroon als de afwijkingen gevonden door GRAIL. Het veelhoekige patroon dat zowel in de simulaties als in de GRAIL-gegevens te zien is, betekent hoogstwaarschijnlijk dat sporen van de zwaardere KREEP- en ilmenietrijke basaltlagen onder het oppervlak achterbleven toen deze lagen zonken vanwege hun dichtheid, en GRAIL ontdekte hun overblijfselen vanwege hun hogere dichtheid. zwaartekracht. wegtrekken. GRAIL suggereerde ook dat er veel kleinere anomalieën waren in de PKT-regio, wat logisch is gezien het feit dat een groot deel van de korst bestaat uit vulkanisch gesteente waarvan wordt aangenomen dat het is gezonken en puin heeft achtergelaten voordat het smolt en zich terugtrok door uitbarstingen.
Nu hebben we ook een idee wanneer dit fenomeen plaatsvond. Omdat er inslagbekkens zijn die dateren van ongeveer 4,22 miljard jaar geleden (niet te verwarren met een eerdere inslag aan de verre kant), maar aangenomen wordt dat de magma-oceaan al vóór die tijd gestold is, denken onderzoekers dat de korst ook vóór die tijd begon te zinken. .
“De grensafwijkingen van de PKT leveren het meest directe fysieke bewijs van de aard van de post-magma-oceaan… mantel omvallen en zinken van ilmeniet in het diepe binnenland”, aldus het team in hetzelfde onderzoek.
Dit is gewoon weer een stukje informatie over hoe de maan is geëvolueerd en waarom deze zo ongelijkmatig is. De dichtstbijzijnde kant woedde ooit met lava die nu vulkanisch gesteente is, waarvan een groot deel bestaat in stromen die mare worden genoemd (Latijn voor ‘zee’). Het grootste deel van dit vulkanische gesteente, vooral in de PKT-regio, bevat zeldzame aardelementen.
We kunnen alleen bevestigen dat er inderdaad sporen van oude korst in de maan zijn door feitelijk maanmateriaal ver onder het oppervlak te verzamelen. Wanneer de Artemis-astronauten eindelijk monsters van vulkanisch materiaal van de maan kunnen verzamelen ter plaatsewie weet wat er naar boven komt?
Natuur Geowetenschappen, 2024. DOI: 10.1038/s41561-024-01408-2