Förra året tittade forskarna ytterligare på de seismiska data som samlats in i Apollo-tidens experiment och upptäckte att den nedre manteln på månen, delen nära kärnmantellgränsen, är delvis smält (t.ex. Apollo Data Retooled för att ge exakta avläsningar på Moon's Core, Space Magazine, 6 januari 2011). Deras resultat tyder på att de lägsta 150 km av manteln innehåller någonstans från 5 till 30% flytande smälta. På jorden skulle detta vara tillräckligt med smälta för att det ska kunna skilja sig från det fasta ämnet, stiga upp och bryta ut vid ytan. Vi vet att månen hade vulkanism tidigare. Så varför är denna månsmälta inte utbrott vid ytan idag? Nya experimentella studier på simulerade månprov kan ge svaren.
Det misstänks att de nuvarande månmagmasna är för täta, i jämförelse med deras omgivande stenar, för att stiga upp till ytan. Precis som olja på vatten, är mindre täta magmas flytande och kommer att kolla upp ovanför den fasta klippan. Men om magmaen är för tät kommer den att stanna där den är, eller till och med sjunka.
Motiverat av denna möjlighet har ett internationellt team av forskare, under ledning av Mirjam van Kan Parker från VU University Amsterdam, studerat lunar magmas karaktär. Deras fynd, som nyligen publicerades i Journal Nature Geoscience, visar att månmagma har en mängd tätheter som är beroende av deras sammansättning.
Van Kan Parker och hennes team pressade och upphettade smälta prover av magma och använde sedan röntgenabsorptionstekniker för att bestämma materialets densitet vid ett antal tryck och temperaturer. Deras studier använde simulerade månmaterial, eftersom månprov anses vara för värdefulla för en sådan destruktiv analys. Deras simuleringsmedel modellerade sammansättningen av Apollo 15 gröna vulkaniska glas (som har en titanhalt av 0,23 viktprocent) och Apollo 14 svarta vulkaniska glas (som har en titanhalt på 16,4 viktprocent).
Prover av dessa simuleringsmedel utsattes för tryck upp till 1,7 GPa (atmosfärstryck, på jordens yta, är 101 kPa, eller 20 000 gånger mindre än vad som uppnåddes i dessa experiment). Trycket i månens inre är emellertid ännu större och överstiger 4,5 GPa. Så datorberäkningar genomfördes för att extrapolera från de experimentella resultaten.
Det kombinerade arbetet visar att magma med lågt titaninnehåll (Apollo 15 gröna glas) har temperaturer som är mindre än det omgivande fasta materialet vid temperaturer och tryck som vanligtvis finns i den nedre månmanteln. Det betyder att de är flytande, bör stiga upp till ytan och bryta ut. Å andra sidan befanns magmas med högt titaninnehåll (Apollo 14 svarta glas) ha densiteter som är ungefär lika med eller större än deras omgivande fasta material. Dessa förväntas inte stiga och bryta ut.
Eftersom månen inte har någon aktiv vulkanisk aktivitet, måste smältan som för närvarande ligger längst ner i månmanteln ha en hög densitet. Och van Kan Parkers resultat tyder på att denna smälta ska vara gjord av högt titanmagmas, som de som bildade Apollo 14 svarta glas.
Detta konstaterande är betydelsefullt, eftersom maganer med hög titan antas ha bildats av titanrika källbergarter. Dessa stenar representerar de nedgångar som lämnades vid basen av månskorpan, efter att alla de flytande plagioklasmineralerna (som utgör jordskorpan) hade pressats uppåt i ett globalt magmahav. Eftersom de är täta skulle dessa titanrika stenar snabbt ha sjunkit till kärnmantelgränsen i en vältande händelse. En sådan vändning hade till och med varit postulerad för över 15 år sedan. Nu ger dessa spännande nya resultat experimentellt stöd för den här modellen.
Dessa täta, titanrika stenar förväntas också ha många radioaktiva element, som tenderar att bli kvar när andra element företrädesvis tas upp av mineralkristaller. Den resulterande radiogeniska värmen från förfall av dessa element kan förklara varför delar av den nedre månmanteln fortfarande är tillräckligt varma för att smälta. Van van Park Park och hennes team spekulerar vidare att denna radiogena värme också kan hjälpa till att hålla månkärnan delvis smält även i dag!
källor:
Röntgenstrålar belyser månens inre, Science Daily, 19 februari 2012.
Neutral flytkraft av titanrika smälter i den djupa månens inre, van Kan Parker et al. Nature Geoscience, 19 februari 2012, doi: 10.1038 / NGEO1402.
